張 偉

（山西天地王坡煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048021）

動壓巷道面臨礦壓顯現(xiàn)劇烈、變形量大等問題，研究表明動壓巷道大變形的原因往往是覆巖采動形成的支承壓力作用。為此，提出了卸壓技術(shù)用于治理動壓巷道大變形問題。目前常采用的卸壓技術(shù)包括：切縫卸壓、鉆孔卸壓、松動爆破、水力壓裂等[1-5]。本文以王坡煤業(yè)3203 運(yùn)輸巷為試驗巷道，提出采用堅硬頂板長水平孔水力壓裂卸壓技術(shù)進(jìn)行超前卸壓，以緩解巷道受工作面采動應(yīng)力的影響。

1 工程概況

3203 工作面位于二采區(qū)北翼，工作面平均埋深500 m。工作面開采3#煤層，煤層平均5.76 m，平均傾角6°，煤層普氏系數(shù)約2.0。煤層以亮煤為主，堅硬，裂隙較發(fā)育。工作面直接頂為泥巖，厚度約為1.5 m，松軟；基本頂為細(xì)砂巖，厚度約12.0 m，堅硬。工作面兩側(cè)分別為3201 和3205 工作面采空區(qū)，根據(jù)礦井開采經(jīng)驗，3203 工作面開采時，其回采巷道超前應(yīng)力顯現(xiàn)強(qiáng)烈，易造成巷道嚴(yán)重底鼓（3201 運(yùn)輸巷最大底鼓達(dá)2.0 m），影響工作面安全和正常開采速度。為實現(xiàn)工作面的安全高效開采，設(shè)計在3203 工作面回采之前，對上部堅硬頂板進(jìn)行井下長水平孔壓裂，切斷堅硬頂板的側(cè)向懸頂，緩解巷道受工作面采動應(yīng)力的影響。

2 堅硬頂板長水平孔水力壓裂卸壓技術(shù)

2.1 長水平孔水力壓裂卸壓基本原理

長水平孔水力壓裂卸壓技術(shù)是通過施工長水平定向鉆孔，對擬壓裂段進(jìn)行封孔，并注入高壓水，利用高壓水在鉆孔產(chǎn)生的集中拉應(yīng)力使裂隙在頂板巖層中擴(kuò)展，從而將完整而較堅硬的頂板巖層分割成多層，并達(dá)到連通裂隙和有序垮落的目的（構(gòu)筑條帶弱化范圍）。在堅硬頂板構(gòu)筑條帶弱化范圍不僅可以改善本工作面端頭和采空區(qū)上方頂板的空間結(jié)構(gòu)形態(tài)，而且可以調(diào)整相鄰工作面采空區(qū)內(nèi)處于暫時穩(wěn)定的覆巖空間結(jié)構(gòu)形態(tài)，降低兩側(cè)采空區(qū)頂板巖層向工作面端頭巷道傳遞應(yīng)力的等級，起到調(diào)控巷道應(yīng)力等級的目的[6]。

2.2 長水平孔水力壓裂卸壓技術(shù)

2.2.1 鉆孔層位確定選擇

分析3203 工作面運(yùn)輸巷生產(chǎn)地質(zhì)條件，造成運(yùn)輸巷道應(yīng)力顯現(xiàn)異常需處理的層位情況如下：

（1）工作面?zhèn)认虿煽諈^(qū)頂板懸頂。3205 工作面開采時間較久，下部的細(xì)砂巖基本頂應(yīng)較為破碎，處理層位選擇在區(qū)段煤柱上方30 m 處的砂巖交互層。

（2）工作面采空區(qū)側(cè)頂板懸頂。工作面端頭和中部頂板懸頂壓力也會傳遞至兩巷，在距離煤層20 m 處的頂板處布置鉆孔以切斷工作面懸頂應(yīng)力傳遞，同時，促進(jìn)基本頂?shù)捻樌迓洌撱@孔內(nèi)錯運(yùn)輸巷道20 m。

（3）工作面上部高位結(jié)構(gòu)懸頂。由于是孤島工作面，開采后上部高位頂板存在大范圍垮落可能，為此在工作面頂板40 m 處布置高位壓裂鉆孔，降低該巖層在巷道附近懸頂整體面積，同時促進(jìn)頂板及時垮落充填采空區(qū)，減小頂板結(jié)構(gòu)的整體偏轉(zhuǎn)活動空間，從而降低上位頂板的應(yīng)力傳遞規(guī)模。

2.2.2 鉆孔布置

3203 工作面運(yùn)輸巷施工6 個鉆孔，鉆孔均為巷道切頂區(qū)域壓裂孔，鉆孔布置的層位平剖面圖如圖1～圖3 所示，具體布置如下：

圖1 鉆孔布置層位平面示意圖

圖2 工作面切眼方向鉆孔布置層位剖面圖（m）

圖3 工作面停采線方向鉆孔布置層位平面圖（m）

（1）鉆進(jìn)朝向工作面切眼方向，共布置3 個鉆孔：1 號鉆孔、2 號鉆孔和3 號鉆孔。

① 1 號鉆孔位于3203 工作面和3205 工作面區(qū)段煤柱上方，距離運(yùn)輸巷巷幫10 m，高度位于煤層頂板上方30 m 砂巖交互層位內(nèi)。

② 2 號鉆孔位于3203 工作面實體煤上方，距離運(yùn)輸巷巷幫20 m，高度位于煤層頂板上方20 m砂巖交互層位內(nèi)。

③ 3 號鉆孔位于3203 工作面實體煤上方，距離運(yùn)輸巷巷幫10 m，高度位于煤層頂板上方40 m粉砂巖層位內(nèi)。

（2）鉆進(jìn)朝向工作面停采線方向，共布置3個鉆孔：4 號鉆孔、5 號鉆孔和6 號鉆孔。

① 4 號鉆孔位于3203 工作面和3205 工作面區(qū)段煤柱上方，距離運(yùn)輸巷巷幫10 m，高度位于煤層頂板上方30 m 砂巖交互層位內(nèi)。

② 5 號鉆孔位于3203 工作面實體煤上方，距離運(yùn)輸巷巷幫20 m，高度位于煤層頂板上方20 m砂巖交互層位內(nèi)。

③ 6 號鉆孔位于3203 工作面實體煤上方，距離運(yùn)輸巷巷幫10 m，高度位于煤層頂板上方40 m粉砂巖層位內(nèi)。

2.2.3 定向鉆孔參數(shù)設(shè)計

（1）設(shè)計雙向鉆孔6 個；（2）鉆孔孔徑120 mm；（3）封孔長度≥15 m；（4）封孔方式為水泥注漿/一堵一注。具體鉆孔參數(shù)見表1。

表1 定向鉆孔參數(shù) m

3 巷道礦壓監(jiān)測

在3203 工作面回采之前采用堅硬頂板長水平孔水力壓裂卸壓技術(shù)對3203 運(yùn)輸巷堅硬頂板進(jìn)行超前卸壓，在3203 工作面回采期間，監(jiān)測了3203運(yùn)輸巷圍巖變形情況，監(jiān)測結(jié)果如圖4。3203 運(yùn)輸巷超前工作面150 m 處，開始出現(xiàn)了變形，但變形量相對較??；超前工作面50～150 m 范圍內(nèi)，巷道變形速度較??；超前巷道50 m 范圍內(nèi)，巷道變形顯著增加。3203 工作面回采期間，3203 運(yùn)輸巷頂板下沉量在0.26～0.43 m 范圍，兩幫移近量在1.1～1.2 m 范圍，底鼓量在0.52～0.73 m 范圍，同比鄰近巷道變形量降低了50%以上，表明堅硬頂板長水平孔水力壓裂卸壓技術(shù)有效緩解了3203 運(yùn)輸巷變形，實現(xiàn)了巷道的穩(wěn)定控制。

圖4 3203 運(yùn)輸巷巷道變形曲線

4 結(jié)論

為緩解3203 運(yùn)輸巷受采動影響出現(xiàn)的大變形現(xiàn)象，提出采用堅硬頂板長水平孔水力壓裂卸壓技術(shù)對3203 運(yùn)輸巷堅硬頂板進(jìn)行超前卸壓?；诖?，介紹了長水平孔水力壓裂卸壓技術(shù)基本原理，設(shè)計了卸壓技術(shù)參數(shù)。技術(shù)應(yīng)用后，3203 運(yùn)輸巷變形同比鄰近巷道降低了50%以上，表明堅硬頂板長水平孔水力壓裂卸壓技術(shù)的合理性和可靠性，實現(xiàn)了3203 運(yùn)輸巷堅硬頂板的超前卸壓及其穩(wěn)定控制。