司廣宏，王 剛，李 鋼

(潞安化工集團 余吾煤業(yè)公司礦壓治理研究中心， 山西 長治 046100)

余吾礦主采3#煤層，礦井西翼采區(qū)在煤層中布置有5條永久大巷，擔負整個采區(qū)的通風、出煤及物料運輸任務。在采煤工作面末采時期，5條大巷受回采動壓擾動影響，會發(fā)生不同程度的頂板下沉、幫鼓及底鼓變形，同時伴隨有支護失效現(xiàn)象，給安全生產(chǎn)帶來隱患。采煤工作面回采期間，在煤層上方堅硬頂板形成的傳遞巖梁作用下，工作面前方巷道會受到超前支承應力影響，產(chǎn)生不同程度變形[1]. 根據(jù)相關研究及現(xiàn)場經(jīng)驗，采煤工作面動壓影響范圍至少有數(shù)十米[2-3]，而工作面前方微震活動規(guī)律表明，影響范圍甚至可達到數(shù)百米[4-5]. 針對煤層巷道群易受回采工作面末采階段動壓擾動難題，在余吾礦N1206工作面末采階段開展了高壓水力切頂卸壓試驗。

1 工作面概況

余吾礦N1206工作面標高+440 m～+465 m，煤層平均厚度6.4 m，膠帶順槽長1 013 m，回風順槽長954 m，切眼平距254 m. 煤層直接頂為0.96 m厚的砂質泥巖，基本頂為3.7 m厚的粉砂巖，其上仍有多層較厚的中粒砂巖及粉砂巖，總厚度達到19.07 m，頂?shù)装鍘r性特征見表1.

表1 N1206工作面頂?shù)装鍘r性特征表

工作面停采線距離西翼2#回風大巷最短距離151 m，最長距離196 m，工作面末采階段布置圖見圖1.

圖1 N1206工作面末采階段位置圖

2 技術原理

高壓水力壓裂技術可以削弱煤層上方堅硬巖層的完整性，進而減少工作面前方傳遞應力，同時使巷道附近的高應力轉移至實體煤巖的深部，最終達到主動卸壓目的，減緩巷道變形，是礦山壓力控制的重要手段[6]. 利用大功率鉆機對需要壓裂的頂板打孔至特定深度，再換裝特制的鉆頭在孔底開槽形成定向切口，之后對切口段封孔并注入高壓水，在高壓水的作用下，切口端部產(chǎn)生極高的拉應力致使巖層產(chǎn)生定向的擴展裂隙，最終破壞巖層的整體性。根據(jù)工作面頂板巖性情況，壓裂孔的垂深應最大程度覆蓋堅硬頂板范圍，以取得較好的卸壓效果。

3 施工方案

N1206膠順輔運巷和N1206膠帶順槽需要壓裂段長度約260 m，總共布置28個水力壓裂鉆孔。其中，N1206膠順輔運巷布置21個鉆孔(1#—21#)；N1206膠帶順槽布置7個鉆孔(22#—28#). 鉆孔間距10 m，采用d56 mm鉆頭，利用ZLJ250地質鉆機進行鉆進，鉆孔深度42 m，1#—21#鉆孔仰角45°，22#—28#鉆孔仰角55°，開口位置距頂角0.5 m. 巷道頂板水力壓裂鉆孔布置見圖2.

圖2 N1206水力壓裂鉆孔布置圖

4 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

為全面監(jiān)測N1206工作面水力壓裂效果，分別在N1206膠順輔運巷壓裂段、西翼進風大巷及西翼2#回風大巷內布置3組錨桿(索)測力計和30組表面位移測站。從工作面收尾至支架回撤結束，對布置的礦壓監(jiān)測測站數(shù)據(jù)進行不間斷收集。

1) 錨桿(索)受力分析。

錨桿(索)受力情況見表2.

表2 錨桿(索)受力情況統(tǒng)計表

從表2可看出，回架后錨桿(索)受力數(shù)據(jù)整體呈上升趨勢，增量2.3～21.7 kN. 說明回架后基本頂進一步斷裂，支承應力峰值前移，造成錨桿(索)受力值上升。由于提前采取了水力壓裂施工，巷道錨桿(索)受力數(shù)值增幅并不大，且現(xiàn)場未發(fā)現(xiàn)錨桿(索)崩斷等明顯來壓現(xiàn)象。

2) 表面位移數(shù)據(jù)分析。

巷道表面位移情況見表3.

表3 巷道表面位移情況統(tǒng)計表

從表3可得出以下結論：

a) 回架前4個月內巷道兩幫位移量在0.22～0.36 m波動，且沒有穩(wěn)定，每月位移增量在0.05～0.09 m；回架后3個月內兩幫位移量在0.2～0.26 m波動，巷道變形較大，平均每月位移增量在0.07～0.09 m；回架3～6個月內巷道兩幫平均每月變形量為0.04～0.06 m，10個月內兩幫總體變形量達到0.55～0.75 m.

b) 巷道頂?shù)装逦灰屏颗c兩幫位移量相差不大，10個月累計移近量達到0.50～0.67 m，主要以底鼓變形為主。與兩幫變形規(guī)律相似，頂?shù)装逶诠ぷ髅媸瘴财谂c回架期變形較大，回架結束后最終變形速度穩(wěn)定在每月移近0.02～0.05 m.

c) 對比以往N1102工作面回采完畢(未采取水力壓裂措施)礦壓監(jiān)測結果，巷道兩幫移近量1.2～1.4 m，頂?shù)装逡平?～1.2 m，采取水力壓裂切頂措施后，巷道兩幫位移量減小至0.55～0.75 m，頂?shù)装逡平繙p小至0.50～0.67 m，巷道變形量減少近一半?？梢娝毫鸭夹g可減緩綜采工作面對大巷的礦壓擾動影響，在減少零散修巷工程量、延長巷道服務期限方面效果顯著。

5 結 論

余吾礦N1206采煤工作面末采期高壓水力切頂技術的應用使受影響臨近大巷兩幫變形量由原來的1.3 m減少至0.6 m左右，頂板變形量由原來1.1 m降低至0.6 m左右，間接減少了礦井巷修工程量，保證了巷道的穩(wěn)定。同時為動壓影響的大巷維護提供了另外一種途徑，實現(xiàn)了巷道維護由過去單一的強支護被動承載到主動卸壓方式的轉變，豐富了礦井的護巷手段，為后期水力切頂卸壓護巷常態(tài)化應用打下了堅實基礎。