王保龍

（山西晉城無(wú)煙煤礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司寺河煤礦，山西 晉城 048200）

隨著煤炭資源的不斷開采，煤炭?jī)?chǔ)量越來(lái)越少[1-2]。很長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)我國(guó)工作面回采巷道采用維護(hù)方式是留設(shè)煤柱，每年用煤柱維護(hù)巷道的煤炭損失量一般占全礦煤炭損失總量的90%左右，居礦井煤炭損失的首位[3-4]。

沿空留巷是減少煤炭資源量損失的一種有效方法。切頂卸壓[5-8]是指利用聚能爆破、高壓水致裂等方法提前在巷道內(nèi)側(cè)布置鉆孔，對(duì)工作面頂板進(jìn)行超前預(yù)裂，使頂板沿預(yù)定方向產(chǎn)生切縫，隨著工作面的不斷推進(jìn)，采空區(qū)頂板周期性來(lái)壓，巷道內(nèi)側(cè)頂板沿切縫垮落，從而切斷或減小巖梁傳遞到相鄰煤體上的力，達(dá)到卸壓的目的。因此有必要利用切頂卸壓技術(shù)來(lái)解放為維護(hù)回采巷道而留設(shè)的煤柱。

1 工程概況

寺河煤礦6301大采高工作面煤層均厚5.72 m，煤層為近水平煤層，煤層傾角為3～9°，平均6°，走向長(zhǎng)1 466.9 m，傾斜長(zhǎng)296.3 m，采用一次采全高采煤工藝，全部垮落法控制頂板。工作面目前采用“兩進(jìn)兩回”多巷布置方式，留設(shè)兩條巷道為下一工作面服務(wù)。受本工作面和下一個(gè)工作面回采動(dòng)壓影響，留巷巷道變形破壞嚴(yán)重。

2 中深孔聚能爆破切頂技術(shù)

為了阻斷采空區(qū)上覆巖層的礦山壓力向煤柱方向傳遞，減小順槽上方礦山壓力作用，減小或消除臨近巷道的有害變形，保證圍巖的整體完整性，避免巷道圍巖變形破壞后進(jìn)行二次維修甚至多次巷修，降低巷道的支護(hù)難度和支護(hù)成本，對(duì)回采巷道采用中深孔聚能爆破切頂+煤體注漿加固技術(shù)，從根本上改善巷道的力學(xué)環(huán)境，最終控制所留回采巷道的變形。

如圖1所示，爆破在6301工作面63011巷實(shí)施，試驗(yàn)地點(diǎn)在6301工作面63011巷19#～24#橫川之間，長(zhǎng)度342 m，共計(jì)設(shè)計(jì)172個(gè)爆破孔，間距2 m，每爆破三個(gè)孔跳過一個(gè)，增加爆破自由面，提高爆破效果。

圖1 6301工作面巷道布置

根據(jù)寺河煤礦鉆機(jī)、鉆桿、鉆頭等設(shè)備，結(jié)合工作面頂板巖性、工人操作習(xí)慣及頂板爆破預(yù)裂效果以及施工進(jìn)度等要求，確定以下爆破鉆孔設(shè)計(jì)參數(shù)，見表1。鉆孔深度在施工過程中可根據(jù)鉆孔窺視頂板巖層結(jié)構(gòu)的結(jié)果進(jìn)行調(diào)整，鉆孔間距可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)爆破效果進(jìn)行優(yōu)化。切頂爆破鉆孔布置如圖2所示。

圖2 切頂爆破鉆孔布置示意圖

表1 爆破鉆孔設(shè)計(jì)參數(shù)表

為促使巷道頂板與采空區(qū)頂板分離開來(lái)，促進(jìn)采空區(qū)頂板巖體垮落，減少矸體垮落對(duì)巷道頂板的影響，利用一種聚能張拉成型爆破技術(shù)，在爆破孔內(nèi)安裝聚能裝置。聚能裝置上布置聚能穴，爆破時(shí)產(chǎn)生高溫、高壓、高速氣體，沿聚能穴方向形成強(qiáng)力氣楔，驅(qū)動(dòng)裂紋擴(kuò)展。孔壁非設(shè)定方向上產(chǎn)生均勻壓力，聚能方向上產(chǎn)生集中拉力，實(shí)現(xiàn)定向張拉成縫。

3 煤體注漿加固技術(shù)

3.1 注漿材料

為了減少巷道返修次數(shù)，提高巷道圍巖穩(wěn)定性，以保證工作面的安全回采，有必要對(duì)該巷道爆破切頂卸壓段進(jìn)行注漿加固。通過在巷道兩幫布置鉆孔，以提高注漿效果。注漿材料采用多比例雙液注漿材料，該材料由A、B兩種組分組成，單種成分性能穩(wěn)定，流動(dòng)性好，6 h內(nèi)不離析、不泌水，水灰比在1.5:1至4:1之間可調(diào)。漿液水灰比越大，單位體積材料消耗量越少。使用時(shí)兩種成分按照1:1混合即可，混合后漿液的初凝時(shí)間在12～41 min可調(diào)，且材料早期強(qiáng)度較高，有助于提高注漿效果。注漿材料具體性能見表2。

表2 注漿材料性能參數(shù)

3.2 加固方案

（1）煤柱側(cè)鉆孔布置

采用4 m、8 m深淺孔交錯(cuò)布置方式，淺孔注漿是堵漏，形成表面密閉層，為深孔注漿打基礎(chǔ)。

4 m孔布置：淺孔每排2個(gè)鉆孔，上部鉆孔和下部鉆孔在一條直線上。下部鉆孔距離底板1.5 m，孔深4 m，仰角4°；下排鉆孔距離底板2.5 m，孔深4 m，仰角0°?？讖骄鶠?2 mm。同排鉆孔之間間距均為3 m。

8 m孔布置：深孔每排2個(gè)鉆孔，上部鉆孔和下部鉆孔在一條直線上。下排鉆孔距離底板1.5 m，孔深8 m，仰角0°；上排鉆孔距離底板2.5 m，孔深8 m，仰角2°。孔徑均為42 mm，同排鉆孔之間間距均為3 m。

圖3 煤柱側(cè)鉆孔布置平面圖

圖4 工作面?zhèn)茹@孔布置平面圖

圖6 煤柱側(cè)8 m孔布置方式剖面圖

（2）工作面?zhèn)茹@孔布置

工作面?zhèn)炔捎? m孔“三花”布置方式。

8 m孔布置：每排2個(gè)鉆孔，上部鉆孔和下部鉆孔呈“三花”布置。上部鉆孔距離底板1.5 m，孔深8 m，仰角4°；下排鉆孔距離底板2.5 m，孔深8 m，仰角0°。孔徑均為42 mm，同排鉆孔之間間距均為5 m。

4 工業(yè)效果檢驗(yàn)

為檢驗(yàn)中深孔聚能爆破切頂和煤體注漿加固效果，在63011巷、63015巷分別布置測(cè)站，測(cè)站采用“十”字布點(diǎn)法安設(shè)表面位移監(jiān)測(cè)斷面。為保證數(shù)據(jù)的可靠性，每隔10 m布置一個(gè)監(jiān)測(cè)斷面。為更好地得到各區(qū)域巷道變形規(guī)律，變形觀測(cè)站布置在工作面切眼前方250 m處24#橫川與19#橫川之間。

如圖7所示，通過63011巷的觀測(cè)及數(shù)據(jù)分析，由于受到工作面超前和采動(dòng)的影響，巷道發(fā)生兩幫收縮及頂板下沉變形。其中，頂板最大下沉量為145 mm，兩幫最大變形量為195 mm。從變形曲線及礦壓顯現(xiàn)來(lái)看，頂板下沉變形超前影響距離大于巷道兩幫收縮變形超前影響距離。

圖7 63011巷各測(cè)點(diǎn)最大變形量

如圖8所示，通過觀測(cè)及數(shù)據(jù)分析，63015巷在加強(qiáng)支護(hù)下，表現(xiàn)出來(lái)的變形也比較明顯。其中，頂板最大下沉量為546 mm，兩幫最大變形量為1293 mm。從變形及變形曲線來(lái)看，頂板下沉變形超前影響距離大于巷道兩幫收縮變形超前影響距離。

圖8 63015巷各測(cè)點(diǎn)最大變形量

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，中深孔聚能爆破切頂及煤體注漿加固技術(shù)取得了較好的效果，巷道的變形得到了明顯的控制，減少了巷道復(fù)修成本，減少了煤柱尺寸，提高了資源回收率。

5結(jié) 語(yǔ)

（1）針對(duì)受本工作面和下一個(gè)工作面回采動(dòng)壓影響，留巷巷道變形破壞嚴(yán)重的問題，決定對(duì)回采巷道采用中深孔聚能爆破切頂+煤體注漿加固技術(shù)。

（2）為了檢驗(yàn)中深孔聚能爆破切頂和煤體注漿加固效果，采用“十”字布點(diǎn)法對(duì)巷道變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可以看出中深孔聚能爆破切頂及煤體注漿加固技術(shù)取得了較好的效果，從根本上改善巷道的力學(xué)環(huán)境，最終控制了所留回采巷道的變形。