劉 瑩，侯宇峰，陳玉龍

（1.陽泉市燕龕煤炭有限責(zé)任公司程莊煤礦，山西 壽陽 045000；2.陽泉市燕龕煤炭有限責(zé)任公司，山西 陽泉 045000；3.晉能控股山西科學(xué)技術(shù)研究院（太原）科技公司，山西 太原 030000）

0 引言

晉能控股煤業(yè)集團(tuán)程莊煤礦礦井位于陽泉市郊區(qū)河底鎮(zhèn)程莊村西1.5 km 處，地跨陽泉市郊區(qū)河底鎮(zhèn)和盂縣路家村鎮(zhèn)，生產(chǎn)規(guī)模為240 萬t/a，獲批開采3#～15# 煤層，井田東西長4.793 km，南北寬2.2 km，井田面積9.816 7 km2。礦井現(xiàn)開采的15#煤層位于石炭系上統(tǒng)太原組下部，上距9#煤層88.94 m，煤層厚度6.20～7.40 m，平均厚為7.30 m，為全井田穩(wěn)定可采煤層，井田內(nèi)結(jié)構(gòu)簡單，大多不含夾矸，局部含3 層夾矸，煤層頂板為K2 石灰?guī)r，有0.8 m 厚炭質(zhì)泥巖偽頂，底板為砂質(zhì)泥巖。

程莊煤礦15#號煤層工作面區(qū)段保護(hù)煤柱一般留設(shè)20 m 以上，造成煤炭采出率低、兩工作面兩端頭懸頂面積大的同時，經(jīng)過現(xiàn)場觀測發(fā)現(xiàn)，順槽在遇到采動影響時，鄰近工作面開采時側(cè)向支承壓力和現(xiàn)采工作面超前支承壓力在區(qū)段保護(hù)煤柱上方及周圍出現(xiàn)疊加引起應(yīng)力集中，從而使得區(qū)段保護(hù)煤柱及其順槽巷發(fā)生變形、底鼓等現(xiàn)象[1]，巷道位于高應(yīng)力區(qū)，增加了巷道維護(hù)難度等問題。所以為了實(shí)現(xiàn)小煤柱沿空掘巷、提高礦井（采區(qū)）回采率及緩解礦井工作面的接替緊張矛盾、減少巷道的維修工程量[2]、確保工作面巷道的安全使用，決定對程莊煤礦厚煤層綜放工作面實(shí)施深孔爆破切頂卸壓技術(shù)。

1 概述

晉能控股煤業(yè)集團(tuán)程莊煤礦15314 工作面位于井田西部靠近井田邊界、主要大巷北翼。西部為山西圣天寶地清城煤礦，北部為盂縣恒泰皇后煤業(yè)有限公司南部為15#煤層主要開拓大巷。東部為15312 設(shè)計(jì)工作面。上覆9#煤層對應(yīng)為本礦9508 工作面采空區(qū)，由于9#～15#煤層層間距90 m，對15314 工作面采掘無影響。

15#煤層位于太原組下部，煤層厚度6.20～7.40 m，平均7.30 m，煤層結(jié)構(gòu)簡單～復(fù)雜，一般含0～3 層泥巖夾矸，煤層的可采性指數(shù)為1，煤層厚度變異系數(shù)為8.54%。

15314 工作面設(shè)計(jì)長度為1 515 m，傾向長度為230 m，工作面共布置有5 條巷道，分別為：進(jìn)風(fēng)順槽、回風(fēng)順槽、開切眼、低抽巷、高抽巷；進(jìn)風(fēng)順槽、回風(fēng)順槽、切眼均沿15#煤層底板掘進(jìn)，低抽巷沿15#煤頂板掘進(jìn)，現(xiàn)已封閉，高抽巷沿10#煤煤層頂板掘進(jìn)，現(xiàn)已封閉；進(jìn)風(fēng)順槽、回風(fēng)順槽、低抽巷、高抽巷大致沿煤層的傾向布置，工作面切割巷沿煤層走向布置，15314 工作面低抽巷距離回風(fēng)順槽15 m，15314 高抽巷沿10#煤層頂板掘進(jìn),距15#煤層垂直距離60 m，距回風(fēng)順槽水平投影距離58 m。

為了保證工作面煤柱最大限度回采，降低煤柱應(yīng)力破壞現(xiàn)象，決定對15314 工作面采取深孔爆破切頂卸壓技術(shù)。

2 工作面采場礦壓觀測分析

2.1 觀測方法

15314 工作面支架初撐力、工作阻力采用實(shí)時在線監(jiān)測；兩端頭懸頂垮落情況、兩順槽超前錨桿（索）支護(hù)載荷變化情況、巷道頂?shù)装寮皟蓭鸵平烤捎萌斯び^測。

2.2 測站布置

1）15314 工作面安裝有1 套礦壓在線監(jiān)測系統(tǒng)，工作面兩端頭過渡支架均布置一組測站，中間架每10 個支架設(shè)置一組測站，測站編號從進(jìn)風(fēng)端頭開始順序編號，每架支架安設(shè)一個壓力傳感器，綜放工作面壓力傳感器通道接前立柱，用于實(shí)時工作面支架的初撐力、工作阻力。

2）進(jìn)回風(fēng)順槽每50 m 分別在頂板錨桿、錨索安裝有1 臺機(jī)械式油壓壓力枕，用于監(jiān)測錨桿（索）支護(hù)載荷變化情況，每7 d 進(jìn)行1 次觀測。

3）進(jìn)回風(fēng)順槽每50 m 分別布置1 個巷道頂?shù)装寮皟蓭鸵平坑^測站，采用“十”字觀測法，每7 d 進(jìn)行1 次觀測。

2.3 觀測結(jié)果分析

1）15314 工作面初采期間，當(dāng)工作面推進(jìn)11 m后，機(jī)架推出切割巷，機(jī)頭機(jī)尾頂煤逐漸開始垮落；當(dāng)工作面向前推進(jìn)度進(jìn)風(fēng)22.2 m，回風(fēng)16.2 m，采空區(qū)直接頂初次垮落，厚度1.1～2 m，支架壓力開始逐步增大，因此，15314 工作面直接頂初次垮落步距為16.2～22.7 m，平均19.4 m。

2）15314 工作面推進(jìn)至29 m 時，工作面第一次出現(xiàn)壓力增大現(xiàn)象，多數(shù)支架工作壓力為30～38 MPa之間，聽到“轟轟”的斷裂聲，部分支架尾梁處可見矸石，分析為基本頂矸石垮落。因此，15314 工作面頂板初次來壓步距為29 m。

3）根據(jù)支架工作阻力監(jiān)測曲線圖和工作面現(xiàn)場實(shí)際觀測情況分析，工作面的周期來壓步距為18～20 m。工作面周期來壓時，能聽到頂板“轟轟”的斷裂聲，且煤壁多處片幫，并且支架壓力表讀數(shù)普遍增大，支架工作阻力明顯增大[3]。

4）15314 工作面進(jìn)、回風(fēng)順槽兩端頭采用超前液壓支架進(jìn)行端頭支護(hù)和加強(qiáng)支護(hù)，超前支護(hù)長度20 m。經(jīng)過觀察得知，在周期來壓期間，進(jìn)回風(fēng)順槽超前支架壓力表讀數(shù)明顯增大，并且有支架安全閥卸液現(xiàn)象。

5）15314 工作面回采期間，兩順槽20 m 超前支護(hù)外錨桿（索）支護(hù)載荷、頂?shù)装寮皟蓭鸵平績H在初采期間觀察到有數(shù)據(jù)變化，隨著后期工作面正常推進(jìn)，未觀察到數(shù)據(jù)變化。因此15303 工作面兩順槽超前應(yīng)力影響范圍不超過20 m。

3 深孔爆破切頂卸壓技術(shù)應(yīng)用

3.1 預(yù)裂切頂卸壓原理

切頂卸壓技術(shù)即是在工作面回采前，在本工作面超前一定距離內(nèi)，利用預(yù)裂爆破技術(shù)在巷道上方和煤柱幫上方基本頂之間形成切縫，避免煤柱幫上方頂板出現(xiàn)“O-X”破斷情況[4]，切斷煤柱側(cè)頂板與采空區(qū)側(cè)頂板之間的聯(lián)系，消除或減弱采空區(qū)側(cè)基本頂回轉(zhuǎn)、斷裂、垮落對煤柱側(cè)的影響，使側(cè)向支承壓力峰值降低并向深部移動，有效降低巷道圍巖應(yīng)力集中程度[5]。

3.2 切頂卸壓爆破孔布置參數(shù)

1）為了實(shí)現(xiàn)小煤柱回采，決定對15314 運(yùn)輸順槽實(shí)施切頂卸壓技術(shù)，卸壓鉆孔布置在運(yùn)輸順槽沿巷道軸向超前回采工作面進(jìn)行打孔和爆破，工作面后方頂板在回轉(zhuǎn)作用下沿定向預(yù)制裂隙貫通，使采空區(qū)頂板能夠沿著預(yù)裂切頂線及時垮落。

2）鉆孔深度為14 m，直徑為50 mm，鉆孔布置間距為0.8 m，鉆孔布置在距煤壁0.3 m 處，切縫整體呈直線布置，鉆孔與水平方向的夾角為0°，鉆孔與豎直方向的夾角90°，鉆孔封孔長度為5.0m，爆破長度為9.0 m，如圖1 所示。

圖1 15314 進(jìn)風(fēng)巷爆破預(yù)裂鉆孔布置示意圖

3.3 爆破施工工藝

1）爆破預(yù)裂孔施工完后對鉆孔內(nèi)安裝D 型聚能管，每節(jié)聚能管長度為2.0 m，直徑為33 mm，鉆孔內(nèi)共計(jì)安裝5 節(jié)聚能管，采用專用工具在聚能管內(nèi)進(jìn)行連續(xù)充填，爆破孔口采用炮泥封孔。

2）聚能管安裝后對鉆孔內(nèi)安裝三級礦用乳化炸藥，單孔裝藥量確定為5.6 kg，礦用三級乳化炸藥200 g/卷，每孔需要28 卷炸藥。用單孔間隔裝藥方式。一次起爆的切縫孔數(shù)量1～3 個。遇到巷道交叉口等特殊地段要減少一次起爆孔數(shù)量。

3.4 爆破切頂卸壓注意事項(xiàng)

1）爆破前，在爆破地點(diǎn)前后10 m 范圍內(nèi)距煤柱幫1 200 mm 處順巷支設(shè)一排帶帽單體點(diǎn)柱加強(qiáng)支護(hù)，柱距1 000mm；柱帽采用11#礦用工字鋼或∏型鋼梁，長度1 000 mm。

2）爆破作業(yè)期間，回風(fēng)順槽內(nèi)嚴(yán)禁有人員逗留。爆破人員在距工作面爆破地點(diǎn)300 m 外進(jìn)風(fēng)順槽內(nèi)放炮，并等有害氣體沖散后方可再進(jìn)入工作面。已經(jīng)爆破的區(qū)域嚴(yán)禁任何人員進(jìn)入。

3）在遇地質(zhì)構(gòu)造（斷層、陷落柱等）變化區(qū)域、頂板破碎嚴(yán)重區(qū)域嚴(yán)禁進(jìn)行切頂卸壓施工作業(yè)，應(yīng)采取相應(yīng)的加強(qiáng)支護(hù)措施；切頂作業(yè)應(yīng)在不受工作面采動應(yīng)力影響區(qū)域，超前工作面兩順槽超前支護(hù)范圍以外50 m。

4）15314 進(jìn)風(fēng)巷從巷道開口起，開始布置測站并編號。分別在15314 進(jìn)風(fēng)巷、掘進(jìn)工作面開口處、所有斷面變大的交叉點(diǎn)處、地質(zhì)構(gòu)造段前后5 m 處、頂板完好段每隔50 m 布置頂板離層儀，并實(shí)時進(jìn)行觀察。

4 結(jié)語

通過對15314 進(jìn)風(fēng)巷頂板采取深孔爆破切頂卸壓技術(shù)后，工作面在后期回采過程中采空區(qū)頂板沿切頂線實(shí)現(xiàn)了全部垮落，進(jìn)風(fēng)巷圍巖及預(yù)留的小煤柱未出現(xiàn)受應(yīng)力作用出現(xiàn)垮落、破碎現(xiàn)象，小煤柱預(yù)留完整性好，控制了圍巖變形現(xiàn)象；同時采用切頂卸壓技術(shù)后，實(shí)現(xiàn)了工作面小煤柱及無煤柱回采，與傳統(tǒng)預(yù)留寬煤柱相比，采用切頂卸壓技術(shù)實(shí)現(xiàn)小煤柱回采后，15314 工作面可增加煤柱回采量達(dá)1.45 萬t，取得了顯著應(yīng)用成效。