综放工作面聚能爆破切顶卸压护巷技术应用

于志慧

（山西西山煤电股份有限公司镇城底矿，山西 古交 030203）

传统的留设宽煤柱工作面开采方式造成了煤炭资源的浪费[1]，与现代化矿井工作面高强度开采要求不适应，因此提出了针对综采工作面切顶卸压技术，进行无煤柱开采技术研究[2]。目前无煤柱开采技术在许多矿井得到了广泛的应用，但切顶卸压后巷道易发生失稳，破坏严重。因此，针对切顶卸压技术参数的研究非常重要，对留巷的围岩稳定有着决定性的影响。朱珍建立了切顶卸压后顶板下沉力学模型，给出了切顶高度和顶板下沉量之间的关系式[3]。为解决镇城底矿28116工作面南一下组回风下山的稳定，现针对其工作面具体条件进行切顶卸压研究。

1 工程概况

1.1 工作面概况

镇城底矿位于西山煤田的西北边缘，地处古交市西北镇城底镇。28116工作面开采8#煤层，直接顶为砂质泥岩、中砂岩、煤、泥质砂岩，煤层最大厚度4.25 m，最小厚度3.98 m，平均厚度4.1 m，采用综采放顶煤采煤工艺，全部垮落法管理顶板。28116工作面顶底板岩性见表1。

表1 顶底板岩性情况

1.2 工作面具体条件

28116工作面2019年9月将回采完毕，回撤工作马上就要开始，如采用传统预留30 m保护煤柱的情况下，需要投入打通道的费用65万元，且损失采区保护煤柱。而在28116工作面距南一下组回风下山10 m处有一条横穿工作面的联络巷，见图1。如将此联络巷作为回撤通道用于拆除支架、运输机、采煤机等设备，节约打通道的投入且能够提高工作面回收率，提高经济效益。但是将此联络巷作为回撤通道，存在的一个非常严重的问题：28116联络巷距南一下组回风下山较近，南一下组回风下山受采动影响将会出现严重变形，巷道维修、维护都将非常困难。为解决这一问题，对工作面顶板进行定向聚能爆破切顶卸压技术进行局部卸压，保证沿空留巷的稳定性。

图1 南一下组回风下山与28116工作面位置

2 切顶卸压原理

传统的工作面末端留设停采煤柱方式，会在采空区边缘形成一定范围的悬顶，此处底板岩层受停采线煤柱的支撑不会垮落。这种悬顶的存在，会给采空区侧相邻巷道产生较大的附加作用力，巷道靠采空区侧顶板围岩易发生下沉变形，甚至出现被压垮的现象。

而工作面切顶卸压技术就是针对上述巷道变形大提出来的，利用以上力学机理，当工作面推进到停采线位置时，采用定向爆破技术预裂顶板岩层，破坏此类悬臂梁结构，将采空区与相邻巷道所在煤体围岩彻底切割开，见图2，这样采空区侧的顶板岩层就不会通过悬臂梁结构将力传递到相邻巷道中，从而达到对相邻巷道的保护作用[4-5]。

图2 切顶卸压前后顶板岩层受力

3 聚能爆破技术

设计准备将聚能爆破孔设置在砂质泥岩底部，即在距顶板9.0 m处以下设置为定向聚能爆破区域，进行顶板定向爆破。炸药起爆后，炮孔围岩在非设定方向上均匀受压，而在设定方向上集中受拉，从而实现被爆破体按照设定方向拉张断裂成整体块状。

采用聚能爆破孔直径为38 mm，定向聚能装置采用直径30 mm钢管，设计聚能孔直径为4 mm，聚能孔的孔间距（中心到中心）为8 mm。采用二级煤矿水胶炸药，炸药规格为Φ27 mm×400 mm。在工作面倾向长150 m，从28116工作面联络巷内开始轨道顺槽口前10 m位置开始施工聚能爆破孔至皮带顺槽口后10 m位置为止，巷道总长度170 m。聚能爆破孔直径38 mm，爆破孔深9000 mm，两个聚能爆破孔之间间距取1000 mm，两个聚能爆破孔之间设置一个深1200 mm辅助爆破孔。聚能爆破孔共170个，辅助孔169个。聚能爆破孔布置见图3。

图3 28116工作面聚能爆破孔布置

4 切顶卸压现场效果分析

4.1 具体施工工序

（1）锚索补强支护： 在28116联络巷距保险帮2000 mm处巷道中心线位置采用锚索进行补强支护，锚索采用Φ17.8 mm×8500 mm锚索，间距2000 mm。

（2）切顶爆破孔施工：补强锚索施工结束并达到质量后，在回撤巷道内进行切顶爆破孔钻孔施工。

（3）切顶预裂爆破：在回撤通道进行预裂爆破，形成切顶卸压预裂切缝线。并在南一下组回风下山需加强支护段每50 m安装一组顶板离层仪（共5组）观测顶底板相对移近量，并设置测点采用十字测量法（共5个测点）测量南一下组回风下山顶底板及两帮相对移近量。

4.2 巷道变形量监测

为检验此次研究的效果，在实施切顶卸压后28116工作面距南一下组回风下山剩余50 m，将从切顶爆破卸压后开始至工作面拆除1个月为效果观测阶段。此阶段每天观测一次顶板离层仪，并按十字测量法测量南一下组回风下山顶底板及两帮相对移近量。观测数据见图4。

图4 巷道变形量

从28116工作面距南一下组回风下山50 m开始进行观测，共30天，从观测数据上看，28116工作面回采距南一下组回风下山约30 m处开始，南一下组回风下山出现较明显的顶板离层现象，顶底板相对移近量、两帮相对移近量明显增加，至第17天工作面回采结束，开始拆除支架后观测数据趋于平稳，顶板最大离层高度97 mm，顶底板相对移近量最大140 mm，两帮相对移近量最大106 mm。从数据分析结果看，南一下组回风下山巷道能够正常使用。

5 经济效益分析

利用28116联络巷作为工作面回撤通道，减少了打通道的投入65万元，多回收了20 m煤柱，1.6万吨原煤，以500元/吨的原煤价格折算共计800万元，使用切顶卸压技术投入300万元，实现利润565万元。

切顶卸压护巷技术减小了留设煤柱造成的资源浪费，提高资源回收率，减小巷维修工程量，有效降低巷道维护成本；降低工人劳动强度，避免临近巷道出现冒顶、垮帮等事故的发生，是实现煤矿精细化开采的方向之一，能够大大提高采区的回收率，能够有效减少采掘比，减少矿井投入，有着显著的社会、经济和安全效益。

6 结语

针对镇城底矿28116工作面切顶卸压护巷技术等问题，分析了工作面切顶卸压前后的受力分布，确定了聚能爆破技术参数及炮孔布置位置，针对28116联络巷处进行了锚索补强支护，最后进行了切顶卸压，并针对南一下组回风下山顶底板及两帮变形量进行了现场检测，顶板最大离层高度97 mm，顶底板相对移近量最大140 mm，两帮相对移近量最大106 mm，南一下组回风下山巷道能够保证安全稳定。通过切顶卸压技术，提高了资源回收率，为矿井带来更大的经济效益和安全效益。