综采工作面末采期间切顶卸压技术应用研究

梁 鑫

（山西焦煤集团介休正益煤业有限公司，山西 介休 032000）

0 引言

采面煤炭回采期间会产生超前支承压力，超前支承压力会随着采面不断前移，当开采煤层顶板为坚硬岩层时，超前支承压力影响范围及应力集中系数等均会明显增加[1-2]。现阶段煤矿井下综采工作面多采用走向长臂后退式采煤方法，在采面回采末采期区（盘区）巷道会承受采动压力影响，严重时导致采区巷道围岩变形量大甚至出现围岩失稳问题，为确保巷道安全使用需频繁进行加固、修整[3-5]。山西某矿13 采区集中巷道由于受到13302 采面采动影响，加之巷道埋深大，导致13 采区集中巷道部分位置支护体系出现失效、变形严重等问题，因此，为确保13 采区集中巷道安全使用，提出在13302 采面末采收尾期间采用切顶卸压技术，以降低采面末采对采区巷道影响。

1 工程概况

13302 综采工作面为13 采区首采工作面，设计走向长度1 357 m、倾向斜长160 m，采面回采3 号煤层，煤层埋深均值650 m，设煤层厚度1.85～4.60 m、均值3.4 m，煤层局部夹杂有厚度0.8 m 炭质泥岩夹矸，煤层倾角均值10°。13302 综采工作面设计开采高度为3.4 m，全部垮落法管理顶板。13302 综采工作面回采范围内，3#煤层受断层、煤层层间滑动等影响，导致煤层厚度、倾向及走向等出现一定变化。依据回采巷道掘进揭露、钻探及物探资料显示，13302 综采工作面停采线附近煤层上覆岩层以砂质泥岩、泥岩及中粗砂岩为主，直接顶为厚度4.3 m 泥岩、之上为厚度6.0 m 砂质泥岩，直接顶上10 m、43 m 有两组厚度分别为10 m、14 m 的中粗砂岩。受煤层顶板坚硬影响，采面某采期间周期来压步距大、采动压力显现明显。

2 末采期间顶板切顶卸压机理

在13302 综采工作面末采期间，随着采空区顶板悬空暴露面积不断增加，采面后方采空区覆岩顶板冒落、弯曲下沉，采空区覆岩顶板从下到上依次会形成冒落带、裂隙带及弯曲下沉带。由于13302 综采工作面回采的3 号煤层顶板较为坚硬、厚度大、承载能力强，导致基本顶无法完全垮落，直接顶冒落后无法完全充填采空区，导致覆岩重力向采空区四周扩散，从而在采空区四周形成采动压力支承压力带，容易引起支架载荷增大、回采巷道矿压显现明显或者煤壁片帮等问题[6-8]。采面末采期间，由于顶板坚硬、采动压力影响范围广，导致采区巷道处于超前支承压力影响范围内，巷道围岩在采动压力扰动影响下出现流变、围岩变形量大、支护体系失效等问题。为降低13302 综采工作面采动压力给采区巷道影响，提出在采面末采期间应用切顶卸压技术，具体是在采面末采期间在采面回采巷道靠近停采线位置施工切顶卸压钻孔并进行深孔爆破，在煤层坚硬顶板中人为形成裂隙，提高顶板冒落性，以便减少采空区顶板悬空面积及超前支承压力影响范围、应力集中系数。

3 末采期间切顶卸压技术应用

3.1 切顶卸压钻孔布置参数

依据13302 综采工作面停采线附近顶板岩性情况、停采线与采区巷道间位置关系、液压支回撤安全性、切顶卸压实施难易程度等，提出布置的切顶卸压钻孔应切断直接顶上覆2 层厚度分别为10 m、14 m的中粗砂岩，因此布置的切顶钻孔高对在3 号煤层上覆10～57 m 范围。

结合13302 综采工作面现场施工条件，提出在采面上下顺槽分别施工切顶卸压钻孔，分别在距离停采线10 m、22 m 位置进行切顶卸压；受下顺槽施工条件制约，因此下顺槽仅施工一组切顶卸压钻孔（即距停采线18 m 位置实施），上顺槽则施工2 组切顶卸压钻孔。切顶卸压应至少超前采面300 m。具体采面上下顺槽内切顶卸压钻孔布置技术参数见表1 所示。

表1 切顶卸压钻孔布置参数

3.2 装药及封孔

切顶卸压钻孔内装入规格Φ63 mm 煤矿许用三级乳化炸药，装药方式为正向装药。由于部分切顶卸压钻孔角度较大，为避免乳化炸药下坠，需装入防滑钢丝后再装炮头。同时为避免钻孔塌孔影响后续装药，先钻进大倾角钻孔，钻进后进行冲孔。钻孔均采用人工装药方式，一次装药深度控制在6 m 以内。切顶卸压钻孔采用黄泥封孔，首先在地面采用6 mm 细筛对黄泥进行筛分，后加水混入到封孔器中，封孔器采用井下压风作为动力源进行封孔，采用封孔器将黄泥喷入到钻孔中，封孔完成后即可进行爆破。

切顶钻孔封孔工艺采用1 堵1 注，具体封孔步骤：

1）在切顶钻孔中放入Φ16 mm 塑料软管作为返浆管使用，若钻孔倾角＞25°则与炮头一起送入到钻孔内，若钻孔倾角在25°以内则返浆管独立送至炮头位置，在封孔期间应注意保护母线，避免母线出现缠绕。

2）在钻孔孔口位置下方10 m、Φ16 mm 软管作为注浆管使用。

3）在孔底炮头下方及孔口处分别放入封孔囊袋。

3.3 现场应用效果

在轨道上山上按照50 m 间隔布置2 个测站，在13302 综采工作面末采期间对轨道上山围岩变形量进行持续监测，具体监测结果见图1 所示。

图1 轨道上山围岩变形监测曲线

从图1 监测曲线看出，随着采面末采持续，当轨道上山处于13302 综采工作面采动超前支承压力影响范围内时巷道围岩开始变形；实施切顶卸压技术后采面推进至切顶线位置后，由于切顶卸压切断了顶板应力传递路径，轨道上山受采面回采影响逐渐减少，巷道围岩变形速率明显降低，后随着时间增加，轨道上山围岩变形逐渐趋于稳定。从轨道上山围岩变形量变化趋势来看，1 号测站获取的顶底板、巷帮最大变形量分别为9.5 mm、7 mm；2 号测站获取的顶底板、巷帮最大变形量分别为10.1 mm、7.9 mm。1 号及2 号测站监测得到的轨道上山变形量整体较小，表明在13302 综采工作面末采期间实施的切顶卸压技术后可有效降低采动压力、采空区顶板垮落等对轨道上山围岩变形影响，现场应用取得较好应用效果。

4 结语

切顶卸压技术可切断煤层顶板应力传递路径，从而有效降低采动压力对邻近巷道影响。13302 综采工作面在采面末采期间通过切顶卸压技术应用，有效降低了采面超前支承压力、采空区顶板垮落等对从采区轨道上山围岩变形影响，在减少采区巷道围岩变形、修复工程量等方面表现出显著优势。同时采面末采切顶卸压技术应用，不仅可保证采区巷道围岩稳定，而且可缩小采面保护煤柱宽度，进一步提高煤炭资源采收率。