沿空留巷爆破切顶及煤体注浆加固技术

王保龙

（山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司寺河煤矿，山西 晋城 048200）

随着煤炭资源的不断开采，煤炭储量越来越少[1-2]。很长一段时期内我国工作面回采巷道采用维护方式是留设煤柱，每年用煤柱维护巷道的煤炭损失量一般占全矿煤炭损失总量的90%左右，居矿井煤炭损失的首位[3-4]。

沿空留巷是减少煤炭资源量损失的一种有效方法。切顶卸压[5-8]是指利用聚能爆破、高压水致裂等方法提前在巷道内侧布置钻孔，对工作面顶板进行超前预裂，使顶板沿预定方向产生切缝，随着工作面的不断推进，采空区顶板周期性来压，巷道内侧顶板沿切缝垮落，从而切断或减小岩梁传递到相邻煤体上的力，达到卸压的目的。因此有必要利用切顶卸压技术来解放为维护回采巷道而留设的煤柱。

1 工程概况

寺河煤矿6301大采高工作面煤层均厚5.72 m，煤层为近水平煤层，煤层倾角为3～9°，平均6°，走向长1 466.9 m，倾斜长296.3 m，采用一次采全高采煤工艺，全部垮落法控制顶板。工作面目前采用“两进两回”多巷布置方式，留设两条巷道为下一工作面服务。受本工作面和下一个工作面回采动压影响，留巷巷道变形破坏严重。

2 中深孔聚能爆破切顶技术

为了阻断采空区上覆岩层的矿山压力向煤柱方向传递，减小顺槽上方矿山压力作用，减小或消除临近巷道的有害变形，保证围岩的整体完整性，避免巷道围岩变形破坏后进行二次维修甚至多次巷修，降低巷道的支护难度和支护成本，对回采巷道采用中深孔聚能爆破切顶+煤体注浆加固技术，从根本上改善巷道的力学环境，最终控制所留回采巷道的变形。

如图1所示，爆破在6301工作面63011巷实施，试验地点在6301工作面63011巷19#～24#横川之间，长度342 m，共计设计172个爆破孔，间距2 m，每爆破三个孔跳过一个，增加爆破自由面，提高爆破效果。

图1 6301工作面巷道布置

根据寺河煤矿钻机、钻杆、钻头等设备，结合工作面顶板岩性、工人操作习惯及顶板爆破预裂效果以及施工进度等要求，确定以下爆破钻孔设计参数，见表1。钻孔深度在施工过程中可根据钻孔窥视顶板岩层结构的结果进行调整，钻孔间距可根据现场爆破效果进行优化。切顶爆破钻孔布置如图2所示。

图2 切顶爆破钻孔布置示意图

表1 爆破钻孔设计参数表

为促使巷道顶板与采空区顶板分离开来，促进采空区顶板岩体垮落，减少矸体垮落对巷道顶板的影响，利用一种聚能张拉成型爆破技术，在爆破孔内安装聚能装置。聚能装置上布置聚能穴，爆破时产生高温、高压、高速气体，沿聚能穴方向形成强力气楔，驱动裂纹扩展。孔壁非设定方向上产生均匀压力，聚能方向上产生集中拉力，实现定向张拉成缝。

3 煤体注浆加固技术

3.1 注浆材料

为了减少巷道返修次数，提高巷道围岩稳定性，以保证工作面的安全回采，有必要对该巷道爆破切顶卸压段进行注浆加固。通过在巷道两帮布置钻孔，以提高注浆效果。注浆材料采用多比例双液注浆材料，该材料由A、B两种组分组成，单种成分性能稳定，流动性好，6 h内不离析、不泌水，水灰比在1.5:1至4:1之间可调。浆液水灰比越大，单位体积材料消耗量越少。使用时两种成分按照1:1混合即可，混合后浆液的初凝时间在12～41 min可调，且材料早期强度较高，有助于提高注浆效果。注浆材料具体性能见表2。

表2 注浆材料性能参数

3.2 加固方案

（1）煤柱侧钻孔布置

采用4 m、8 m深浅孔交错布置方式，浅孔注浆是堵漏，形成表面密闭层，为深孔注浆打基础。

4 m孔布置：浅孔每排2个钻孔，上部钻孔和下部钻孔在一条直线上。下部钻孔距离底板1.5 m，孔深4 m，仰角4°；下排钻孔距离底板2.5 m，孔深4 m，仰角0°。孔径均为42 mm。同排钻孔之间间距均为3 m。

8 m孔布置：深孔每排2个钻孔，上部钻孔和下部钻孔在一条直线上。下排钻孔距离底板1.5 m，孔深8 m，仰角0°；上排钻孔距离底板2.5 m，孔深8 m，仰角2°。孔径均为42 mm，同排钻孔之间间距均为3 m。

图3 煤柱侧钻孔布置平面图

图4 工作面侧钻孔布置平面图

图6 煤柱侧8 m孔布置方式剖面图

（2）工作面侧钻孔布置

工作面侧采用8 m孔“三花”布置方式。

8 m孔布置：每排2个钻孔，上部钻孔和下部钻孔呈“三花”布置。上部钻孔距离底板1.5 m，孔深8 m，仰角4°；下排钻孔距离底板2.5 m，孔深8 m，仰角0°。孔径均为42 mm，同排钻孔之间间距均为5 m。

4 工业效果检验

为检验中深孔聚能爆破切顶和煤体注浆加固效果，在63011巷、63015巷分别布置测站，测站采用“十”字布点法安设表面位移监测断面。为保证数据的可靠性，每隔10 m布置一个监测断面。为更好地得到各区域巷道变形规律，变形观测站布置在工作面切眼前方250 m处24#横川与19#横川之间。

如图7所示，通过63011巷的观测及数据分析，由于受到工作面超前和采动的影响，巷道发生两帮收缩及顶板下沉变形。其中，顶板最大下沉量为145 mm，两帮最大变形量为195 mm。从变形曲线及矿压显现来看，顶板下沉变形超前影响距离大于巷道两帮收缩变形超前影响距离。

图7 63011巷各测点最大变形量

如图8所示，通过观测及数据分析，63015巷在加强支护下，表现出来的变形也比较明显。其中，顶板最大下沉量为546 mm，两帮最大变形量为1293 mm。从变形及变形曲线来看，顶板下沉变形超前影响距离大于巷道两帮收缩变形超前影响距离。

图8 63015巷各测点最大变形量

从实验结果来看，中深孔聚能爆破切顶及煤体注浆加固技术取得了较好的效果，巷道的变形得到了明显的控制，减少了巷道复修成本，减少了煤柱尺寸，提高了资源回收率。

5结 语

（1）针对受本工作面和下一个工作面回采动压影响，留巷巷道变形破坏严重的问题，决定对回采巷道采用中深孔聚能爆破切顶+煤体注浆加固技术。

（2）为了检验中深孔聚能爆破切顶和煤体注浆加固效果，采用“十”字布点法对巷道变形进行监测，可以看出中深孔聚能爆破切顶及煤体注浆加固技术取得了较好的效果，从根本上改善巷道的力学环境，最终控制了所留回采巷道的变形。