深埋薄基巖綜放工作面切頂卸壓沿空留巷圍巖協(xié)同控制技術(shù)研究

趙社會(huì)，張廣杰，王文

（1.焦作煤業(yè)集團(tuán) 趙固（新鄉(xiāng)）能源有限責(zé)任公司，河南 新鄉(xiāng) 453634；2.河南理工大學(xué) 河南理工產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院，河南 焦作 454000；3.河南理工大學(xué) 能源科學(xué)與工程學(xué)院，河南 焦作 454000）

0 引 言

隨著科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，淺部低強(qiáng)度煤炭開(kāi)采已轉(zhuǎn)向深部高強(qiáng)度開(kāi)采，煤炭資源儲(chǔ)量也在逐年減少，而傳統(tǒng)的留設(shè)煤柱開(kāi)采方法已不符合新時(shí)代生態(tài)文明建設(shè)思想，所留煤柱不但造成大量的資源浪費(fèi)，而且極易出現(xiàn)應(yīng)力集中導(dǎo)致的巷道支護(hù)困難、沖擊地壓和瓦斯體積分?jǐn)?shù)超限等問(wèn)題［1-2］，這是礦井開(kāi)采需解決的關(guān)鍵問(wèn)題，更是制約煤礦企業(yè)生產(chǎn)成本的瓶頸。切頂卸壓沿空留巷具有采出率高、巷道掘進(jìn)工程量少、礦井生產(chǎn)年限延長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)，是我國(guó)礦井開(kāi)采的重要技術(shù)革新，也是礦井安全高效開(kāi)采的關(guān)鍵技術(shù)［3-4］。

我國(guó)關(guān)于沿空留巷的研究早期借鑒國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)，并基于國(guó)內(nèi)礦井的特殊條件做了大量試驗(yàn)研究，在圍巖控制理論、礦壓規(guī)律方面均獲得了不錯(cuò)的成果。以往研究主要集中在傳統(tǒng)的充填沿空留巷領(lǐng)域，李化敏［5］、韓昌良等［6］、闞甲廣 等［7］、陳勇等［8］、馮國(guó)瑞等［9］對(duì)沿空留巷充填體力學(xué)特性做了深入研究；康紅普等［10］、謝生榮等［11］、武精科等［12］深入研究了大埋深背景下的充填式沿空留巷圍巖控制機(jī)制；張自政等［13］根據(jù)留巷充填范圍內(nèi)頂板離層特性，提出其充填范圍內(nèi)直接頂分段加固的控制技術(shù)；李迎富等［14］、華新祝等［15］通過(guò)構(gòu)建沿空留巷底板力學(xué)模型，提出具有針對(duì)性的底鼓控制措施；黃萬(wàn)朋等［16］通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究了鋼管混凝土墩柱沿空留巷的力學(xué)機(jī)制。但巷旁充填沿空留巷仍未改變留巷圍巖應(yīng)力分布，且充填體極易出現(xiàn)應(yīng)力集中，還可能造成動(dòng)力災(zāi)害。該技術(shù)要求強(qiáng)度較高，系統(tǒng)比較復(fù)雜，成本也較高，嚴(yán)重制約了推廣應(yīng)用。

近年來(lái)，何滿(mǎn)潮院士等［17-19］基于切頂短臂梁理論，提出切頂沿空留巷新技術(shù)，解決了傳統(tǒng)沿空留巷充填體壓力大的問(wèn)題；朱珍等［20］在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究采空區(qū)幫控制機(jī)理，認(rèn)為采用側(cè)向動(dòng)靜結(jié)合、縱向伸縮讓壓的方式能較好控制幫部變形；陳上元等［21-22］基于深部沿空留巷，提出加強(qiáng)頂幫結(jié)構(gòu)、高阻力支架支撐頂板、可縮柔性擋矸的綜合控制思路；王亞軍等［23-24］基于切頂留巷礦壓規(guī)律和頂板結(jié)構(gòu)力學(xué)模型，提出準(zhǔn)確切頂及非對(duì)稱(chēng)、分區(qū)、高預(yù)應(yīng)力主動(dòng)、加強(qiáng)關(guān)鍵位置的支護(hù)措施；李艷飛等［25］、馬華杰等［26］、郭建偉等［27］分別針對(duì)深井堅(jiān)硬頂板、厚煤層綜放工作面條件下的沿空留巷圍巖控制難題進(jìn)行了研究，并提出以“切、補(bǔ)、護(hù)、支”為核心的控制措施。

以上研究主要集中在薄及中厚煤層、淺埋深等條件下的沿空留巷理論、數(shù)值模擬等方面，且已取得良好成果，而在大埋深、薄基巖、厚煤層綜放工作面等綜合條件下的相關(guān)理論和現(xiàn)場(chǎng)研究較少，本文基于焦作煤業(yè)集團(tuán)趙固（新鄉(xiāng)）能源有限責(zé)任公司趙固一礦特殊條件開(kāi)采背景，開(kāi)展深埋薄基巖切頂卸壓沿空留巷圍巖演化規(guī)律研究，深入分析留巷頂板結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特征和切頂卸壓力學(xué)機(jī)制，并提出相應(yīng)的協(xié)同控制策略。

1 研究區(qū)概況

1.1 工程地質(zhì)條件

18060綜放工作面開(kāi)采二1煤層，該工作面北為18050計(jì)劃工作面，西為未采掘的西十盤(pán)區(qū)，南為北翼回風(fēng)大巷，東為西八盤(pán)區(qū)膠帶集中巷。工作面煤層頂板標(biāo)高-481.8～-513.3 m，地面標(biāo)高+86.7～+87.3 m，埋深570.5～597.3 m。煤層賦存穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，僅局部含有少量矸石，以塊煤為主。煤層厚2.4～6.9 m，平均5 m，平均傾角4°，綜合柱狀圖如圖1所示。采用綜采放頂煤開(kāi)采，ZF18000/21/38D型液壓支架，采高2.5 m，放煤高度2.5 m，采放比為1∶1，煤厚最大6.9 m時(shí)最大采放比1∶1.76，滿(mǎn)足采放比小于1∶3的要求。

圖1 18060綜放工作面綜合柱狀圖Fig.1 Comprehensive histogram of 18060 mining face

18060綜放工作面運(yùn)輸巷沿頂布置，采用錨網(wǎng)索支護(hù)，頂板每排7根（其中兩肩部為短錨索，其余5根為錨桿），另采用14號(hào)槽鋼梁（4.5 m長(zhǎng)）錨索與點(diǎn)錨索交叉布置，每隔一排錨桿（索）施工一排點(diǎn)錨索，槽鋼梁錨索每排4根，點(diǎn)錨索每排3根，呈“4-3-4-3”布置；幫部每排打設(shè)5根錨索，肩部及底腳錨索分別向上、向下傾斜10°，其余錨索垂直巷幫打設(shè)，如圖2所示（圖中除角度外其余單位均為mm）。

圖2 18060綜放工作面運(yùn)輸巷支護(hù)斷面Fig.2 Support section of upper roadway of 18060 mining face

為緩解該礦工作面接替緊張、留煤柱開(kāi)采引起巷道圍巖控制困難等問(wèn)題，擬在18060綜放工作面運(yùn)輸巷實(shí)施切頂卸壓沿空留巷開(kāi)采，將其保留作為鄰近18050綜放工作面的回風(fēng)巷。

參考以往切頂懸臂梁理論和切頂留巷研究成果，切頂卸壓沿空留巷技術(shù)的關(guān)鍵步驟為：采用定向爆破技術(shù)在巷道頂板切縫；回采前采用高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力錨索加強(qiáng)巷道幫和頂；工作面推過(guò)后，緊隨端頭支架布置擋矸防護(hù)設(shè)備，使其自動(dòng)形成碎石幫；同時(shí)將兩柱式支架或單體柱抬棚布置在留巷內(nèi)臨時(shí)加強(qiáng)頂板支護(hù)，待動(dòng)壓影響穩(wěn)定后適時(shí)取消；根據(jù)實(shí)際狀況，在碎石幫側(cè)噴50 mm厚的混凝土或在布設(shè)擋矸措施時(shí)用風(fēng)筒布隔斷采空區(qū)與巷內(nèi)間的空氣流通，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)煤柱開(kāi)采模式。切頂卸壓沿空留巷工藝流程及其頂板結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 切頂卸壓沿空留巷工藝流程及其頂板結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Process flow and roof structure diagrams of roof-cutting and pressure-relief no pillar self forming roadway

1.2 薄基巖綜放工作面特征

18060綜放工作面探測(cè)的頂板基巖厚度、地面勘探鉆孔和三維地震資料顯示：工作面正常涌水量256 m3/h，最大涌水量332.8 m3/h；二1煤層頂板基巖厚度86.7～118.5 m，松散地層厚度481.8～485.9 m。直接頂較薄，砂巖層局部直接覆蓋于二1煤層上，遇構(gòu)造破碎帶有滴淋水現(xiàn)象。煤層頂板含有多個(gè)含水層，砂巖含水層出水性較弱；砂巖、砂質(zhì)泥巖風(fēng)化帶含水層為弱含水層～隔水層，局部為弱透水層，厚20～35 m，斷層構(gòu)造區(qū)域內(nèi)有其他含水層補(bǔ)給，造成含水量增加。底板含有2 m厚的L9灰?guī)r含水層（水壓6.2 MPa），上距二1煤層25.6 m，且?guī)r溶較發(fā)育，受水壓、礦壓、裂隙、斷層的綜合作用，水文地質(zhì)條件比較復(fù)雜。

厚松散層薄基巖煤層因松散層內(nèi)賦存含水層，薄基巖受工作面回采動(dòng)壓影響而出現(xiàn)破壞，其松散層的水、泥砂通過(guò)裂隙涌入工作面，造成工作面潰水潰砂事故。該條件下的大采高工作面頂板來(lái)壓機(jī)理過(guò)程復(fù)雜，頂板載荷大小與頂板巖性、厚度、埋深及采高等綜合因素有關(guān)。趙固一礦前期在基巖厚度大于30 m區(qū)域內(nèi)開(kāi)采過(guò)程中，部分工作面出現(xiàn)了頂板壓力異常增大、壓架，甚至曾出現(xiàn)過(guò)潰水潰砂現(xiàn)象，嚴(yán)重影響礦井的安全生產(chǎn)，所以18060綜放工作面回采前已經(jīng)對(duì)上覆采空區(qū)實(shí)施了疏放水措施。而該工作面表現(xiàn)出埋深大、基巖較薄、松散層較厚的特征，頂板不易出現(xiàn)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，會(huì)發(fā)生臺(tái)階下沉，覆巖的破斷運(yùn)動(dòng)造成工作面來(lái)壓強(qiáng)烈，最終出現(xiàn)支架壓死等現(xiàn)象。因此，在實(shí)施沿空留巷時(shí)應(yīng)掌握留巷頂板運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并采取一定的措施對(duì)留巷頂板進(jìn)行卸壓，保證留巷后頂板壓力減小，礦壓顯現(xiàn)不強(qiáng)烈。

2 切頂卸壓沿空留巷頂板結(jié)構(gòu)演化 特征及切頂力學(xué)分析

2.1 切頂卸壓沿空留巷頂板結(jié)構(gòu)演化特征

深埋薄基巖煤層采場(chǎng)頂板具有大小周期來(lái)壓的特點(diǎn)，并且采場(chǎng)上部會(huì)形成傾斜塊體承載區(qū)，在承擔(dān)覆巖載荷的同時(shí)也向低位巖層傳遞壓力。小周期來(lái)壓后，受低位關(guān)鍵層破斷擾動(dòng)、含水層傳遞至基巖的載荷雙重影響，傾斜塊體巖層因其自身裂隙發(fā)育擴(kuò)展延伸至高位關(guān)鍵層，出現(xiàn)采場(chǎng)大周期來(lái)壓［29］。而切頂卸壓沿空留巷成巷期間，工作面覆巖因薄基巖采場(chǎng)大小周期來(lái)壓影響，其回采會(huì)引起強(qiáng)烈運(yùn)動(dòng)。傳統(tǒng)的充填沿空留巷巷道圍巖變形分為前期活動(dòng)、過(guò)渡活動(dòng)期和后期活動(dòng)［5］，而切頂卸壓沿空留巷巷道圍巖分期特征與其有一定的差異性，將會(huì)經(jīng)歷未切頂卸壓期、超前切頂期、動(dòng)壓變形期和留巷穩(wěn)定期。

2.1.1 未切頂卸壓期

未進(jìn)行定向爆破前，巷道頂板覆巖未出現(xiàn)明顯的采動(dòng)裂隙或破斷，此時(shí)可認(rèn)為，巷道頂板端部為起到固定支承作用的固支梁結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖3（b），不考慮煤層傾角或構(gòu)造的影響，該結(jié)構(gòu)承受的覆巖載荷在巷道斷面中線(xiàn)處大致對(duì)稱(chēng)，且巷道未發(fā)生明顯變形。

2.1.2 超前切頂期

因工作面尚未回采，頂板結(jié)構(gòu)未發(fā)生較大變化，見(jiàn)圖3（c）。工作面回采后，采空區(qū)頂板出現(xiàn)垮塌，引起關(guān)鍵覆巖斷裂，見(jiàn)圖4（a）。采空區(qū)覆巖因支架移動(dòng)而垮塌，矸石因其碎脹性填充采空區(qū)后體積增加，見(jiàn)圖4（b）。留巷碎石幫側(cè)的頂板受自重、巷旁支護(hù)體和切頂卸壓共同影響，形成短臂梁結(jié)構(gòu)。此時(shí)留巷頂板因直接頂板垮塌和關(guān)鍵覆巖下沉作用出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)下沉，此階段為留巷超前切頂期。為有效控制該階段圍巖變形，應(yīng)設(shè)計(jì)合理的切頂高度，并對(duì)留巷頂板結(jié)構(gòu)適時(shí)進(jìn)行強(qiáng)化。

圖4 超前切頂期頂板垮落過(guò)程Fig.4 Process of roof collapse during advanced roof-cutting

2.1.3 動(dòng)壓變形期

切頂區(qū)域內(nèi)頂板垮塌結(jié)束后，基本頂巖層因其斷裂下沉出現(xiàn)穩(wěn)定的砌體梁結(jié)構(gòu)，關(guān)鍵覆巖載荷經(jīng)頂板向?qū)嶓w煤側(cè)轉(zhuǎn)移且內(nèi)部出現(xiàn)應(yīng)力集中；留巷受砌體結(jié)構(gòu)影響出現(xiàn)部分低應(yīng)力區(qū)，此時(shí)頂板下沉較大。采空區(qū)矸石因頂板運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定后已被壓實(shí)，直到出現(xiàn)的支撐力能將斷裂巖層處于平衡為止，頂板活動(dòng)才結(jié)束。此階段留巷處于動(dòng)壓變形期。為更好控制留巷頂板發(fā)生“給定變形”，留巷內(nèi)應(yīng)布設(shè)具有“讓壓”功能的強(qiáng)化體系。

2.1.4 留巷穩(wěn)定期

采空區(qū)矸石穩(wěn)定后，切頂處的上覆斷裂塊體間互相影響后在矸石、煤體支撐下逐漸穩(wěn)定且形成對(duì)留巷起到保護(hù)作用的“承壓結(jié)構(gòu)”，確保留巷穩(wěn)定。在下個(gè)工作面回采前，留巷基本不會(huì)受到強(qiáng)烈動(dòng)壓作用，該階段為留巷穩(wěn)定期。此階段內(nèi)圍巖基本穩(wěn)定，此時(shí)可據(jù)留巷狀況對(duì)臨時(shí)支護(hù)逐步取消，最后出現(xiàn)圖5中的結(jié)束狀態(tài)，留巷結(jié)束。采空區(qū)矸石受上方巖層荷載影響而被壓實(shí)，應(yīng)力逐漸恢復(fù)；采場(chǎng)在橫向上分別出現(xiàn)壓力高承載區(qū)、壓力釋放區(qū)和壓力穩(wěn)定區(qū)，如圖5（b）所示。

圖5 動(dòng)壓變形期頂板運(yùn)動(dòng)過(guò)程Fig.5 Roof movement process during dynamic pressure influence period

2.2 切頂卸壓力學(xué)環(huán)境分析

因基本關(guān)鍵巖層較硬，垮塌后留巷碎石幫側(cè)出現(xiàn)難垮塌且較長(zhǎng)的懸頂，一旦發(fā)生斷裂其巖層活動(dòng)會(huì)產(chǎn)生很大的主動(dòng)力，將對(duì)巷旁支護(hù)體造成很大的附加應(yīng)力，給下方巖層帶來(lái)較大的擾動(dòng)壓力。若懸頂區(qū)域較大后突然發(fā)生斷裂，則會(huì)使其快速增壓，支護(hù)體將會(huì)受到?jīng)_擊破壞。傳統(tǒng)的沿空留巷充填體工藝流程繁瑣，導(dǎo)致頂板支撐較滯后且充填體強(qiáng)度具有局限性，此時(shí)留巷基本頂斷裂位置通常在實(shí)體煤側(cè)，其上方將出現(xiàn)較大的懸臂梁結(jié)構(gòu)，如圖6（a）所示。

圖6 留巷側(cè)向頂板斷裂結(jié)構(gòu)Fig.6 Lateral roof fracture structure of retaining roadway

為研究關(guān)鍵塊體B的力學(xué)特征，做以下基本假設(shè)：矸石未對(duì)關(guān)鍵塊體B和C起到作用；基本頂覆巖為均布載荷；不考慮巷道內(nèi)支護(hù)體的影響。簡(jiǎn)化后的留巷力學(xué)模型如圖7所示。

圖7 留巷力學(xué)模型Fig.7 Mechanical model of retaining roadway

按照板的屈服線(xiàn)理論，基本頂巖層長(zhǎng)度L與工作面長(zhǎng)度S、周期性垮落步距L′之間的關(guān)系為［17］

實(shí)體煤幫塑性區(qū)寬度x0和塑性區(qū)煤體對(duì)頂板的支撐力σ分別為［17］

關(guān)鍵塊體B受到的側(cè)向水平推力為［17］

基于靜力平衡法對(duì)基本頂關(guān)鍵塊體C進(jìn)行力學(xué)解析：由ΣFx=0，得TB=TC；由ΣFy=0，得NB=NC+qLB+CΣMB=0，進(jìn)而可得

對(duì)關(guān)鍵塊體B進(jìn)行力學(xué)分析［21］，由ΣMA=0，得

式中：h煤為煤厚，m；c，φ分別為煤層與頂?shù)装鍘r層交界面的黏聚力（MPa）和內(nèi)摩擦角（°）；H為煤層埋深，m；λ為側(cè)壓系數(shù)；k為最大應(yīng)力集中系數(shù)；x為距煤壁距離，m；γ為巖層平均容重，k N/m3；LB+C為關(guān)鍵塊體B和C長(zhǎng)度，m；ΔSB，ΔSC為關(guān)鍵塊體B，C分別在B′，C′處的下沉量，m；P為巷旁支護(hù)阻力，k N；l為基本頂側(cè)向懸臂長(zhǎng)度，m；MA，MB分別為巖梁在A(yíng)′，B′處的殘余彎矩，kN/m；TB，TC分別為塊體B和塊體C在B′，C′處受到的側(cè)向水平推力，kN。

由式（6）可知，巷旁支護(hù)阻力與基本頂側(cè)向懸臂長(zhǎng)度成正比，若減小巷旁支護(hù)阻力，須縮短懸臂長(zhǎng)度。因此，采取定向預(yù)裂爆破的方法解決該問(wèn)題。如圖6（b）所示，爆破切頂后，頂板提前垮塌，巷旁支護(hù)體受力載荷變小，規(guī)避了頂板大面積垮塌引起的急劇增壓；切頂區(qū)域內(nèi)頂板垮塌后將采空區(qū)填實(shí)，對(duì)關(guān)鍵覆巖下沉起到支撐作用；關(guān)鍵塊體旋轉(zhuǎn)對(duì)頂板的擾動(dòng)影響得以降低，圍巖所受“給定變形”顯著減小，確保留巷圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

2.3 切頂卸壓沿空留巷數(shù)值模擬分析

2.3.1 建立數(shù)值模型

基于趙固一礦地質(zhì)條件，采用FLAC3D數(shù)值模擬軟件對(duì)不切頂和切頂高度15 m（砂質(zhì)泥巖層位）進(jìn)行模擬研究，在巷道回采側(cè)頂板位置建立較小網(wǎng)格，切頂模擬時(shí)對(duì)該區(qū)域網(wǎng)格進(jìn)行開(kāi)挖，模擬預(yù)裂切縫。利用Mohr-Coulomb本構(gòu)模型，側(cè)壓系數(shù)取1.2。模擬模型共分27 200個(gè)單元，6層，長(zhǎng)300 m，高180 m。因18060綜放工作面運(yùn)輸巷沿頂板掘進(jìn)，6～7架端頭支架不放煤，建立模型時(shí)，運(yùn)輸巷回采側(cè)10 m內(nèi)煤層只開(kāi)挖巷道高度，工作面其他部位煤層全部開(kāi)挖。模型底部固定豎向位移，兩邊固定橫向位移；模型中加入分界面以模擬采空區(qū)垮落情況；在模型頂部部分松散層施加11.3 MPa載荷模擬覆巖自重。煤巖體力學(xué)參數(shù)如表1所示。

表1 煤巖體力學(xué)參數(shù)Tab.1 Mechanical parameters of coal and rock mass

2.3.2 切頂效果分析

為研究切頂效果，分別對(duì)留巷不切頂和切頂情況進(jìn)行模擬，并對(duì)其圍巖應(yīng)力、位移和側(cè)向壓力情況進(jìn)行對(duì)比。

由圖8對(duì)比分析，可得以下結(jié)論：

圖8 留巷應(yīng)力、位移及側(cè)向支承壓力分布圖Fig.8 Distribution diagrams of stress，displacement and lateral abutment pressure of retaining roadway

（1）留巷圍巖豎直應(yīng)力主要集中在右?guī)蛥^(qū)域處。對(duì)留巷實(shí)施定向爆破后，留巷圍巖應(yīng)力峰值明顯減小，頂板圍巖豎直應(yīng)力峰值由不切頂時(shí)的23.2 MPa減至17.98 MPa，對(duì)工作面、留巷的維護(hù)有利。不切頂時(shí)，工作面端頭、巷道相交處應(yīng)力集中較大，此處留巷維護(hù)難度加大；切頂后將采空區(qū)、巷道頂板間的應(yīng)力傳遞切斷，此處應(yīng)力集中將消失，對(duì)留巷維護(hù)有利。

（2）通過(guò)模擬留巷頂板下沉和煤幫變形監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，不切頂時(shí)頂板下沉150.81 mm，煤幫變形239.86 mm；切頂時(shí)頂板下沉139.84 mm，煤幫變形157.48 mm。經(jīng)頂板爆破預(yù)裂后，頂板下沉量減小了10.97 mm，比不切頂時(shí)降低了7.27%；煤幫變形量減小了82.38 mm，比不切頂時(shí)降低了34.35%。

（3）切頂爆破卸壓后，側(cè)向支承壓力比不切頂時(shí)減小且峰值相應(yīng)減小。不切頂時(shí)留巷側(cè)壓峰值為37.62 MPa，應(yīng)力集中系數(shù)為2.49；切頂后留巷側(cè)壓峰值為23.45 MPa，應(yīng)力集中系數(shù)為1.56。相比不切頂，切頂卸壓后側(cè)壓峰值位置向?qū)嶓w煤側(cè)偏移，且峰值減小了14.17 MPa，應(yīng)力集中系數(shù)減小0.93；同時(shí)應(yīng)力降低區(qū)范圍較不切頂增加了5.4 m。

由上述分析可知：工作面回采前對(duì)頂板實(shí)施爆破卸壓后，將采空區(qū)、留巷頂板間的力學(xué)傳遞路徑切斷，削弱采空區(qū)覆巖垮落時(shí)對(duì)留巷頂板的擾動(dòng)影響，有效改善留巷的應(yīng)力環(huán)境，超前工作面的應(yīng)力疊加得以規(guī)避，增加淺部煤體的支撐力，頂板被切斷垮塌后的矸石也起到一定的支撐作用，覆巖回轉(zhuǎn)下沉得以抑制，從而起到圍巖結(jié)構(gòu)優(yōu)化的作用。

3 深埋綜放工作面切頂卸壓沿空留 巷圍巖協(xié)同控制對(duì)策

根據(jù)深井薄基巖綜放工作面特點(diǎn)，結(jié)合切頂留巷結(jié)構(gòu)力學(xué)特征，提出基本頂弱化卸荷、強(qiáng)化錨固體系承載性能、加強(qiáng)頂幫結(jié)構(gòu)和巷內(nèi)柔性支護(hù)等圍巖協(xié)同控制思路，并確定相應(yīng)的關(guān)鍵參數(shù)。

3.1 切頂卸沿空留巷圍巖協(xié)同控制思路

3.1.1 基本頂弱化卸荷

研究表明，巷道頂板上覆“承壓結(jié)構(gòu)”是其覆巖壓力的關(guān)鍵，直接影響留巷圍巖的穩(wěn)定性。留巷位于采空區(qū)邊緣，頂板斷裂垮塌等劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)，留巷頂板巖層活動(dòng)同樣劇烈且應(yīng)力集中。若覆巖完整且支護(hù)強(qiáng)度高，則留巷頂板較穩(wěn)定；若覆巖破碎不完整且支護(hù)強(qiáng)度低，則留巷上方懸臂梁結(jié)構(gòu)在采空區(qū)側(cè)將失去著力點(diǎn)，巷內(nèi)支護(hù)無(wú)法有效支撐頂板。該結(jié)構(gòu)上方載荷經(jīng)斷裂塊體的著力點(diǎn)轉(zhuǎn)移至巷道兩旁，并非直接作用在巷道圍巖，所以確保留巷圍巖穩(wěn)定的關(guān)鍵是準(zhǔn)確切斷巷道上方下位關(guān)鍵巖層，實(shí)踐證明，定向預(yù)裂聚能爆破技術(shù)能夠有效切斷巷道上覆關(guān)鍵巖層。該技術(shù)是在爆破孔內(nèi)安裝定向聚能裝置，并引導(dǎo)炮孔內(nèi)炸藥爆破方向，將爆炸能量集聚形成張拉應(yīng)力，集中在頂板預(yù)定切縫方向上，使巖層出現(xiàn)斷裂面，如圖9所示。采用該技術(shù)后一是基本頂經(jīng)爆破弱化后使留巷圍巖卸荷，一定區(qū)域內(nèi)的頂板形成“卸壓結(jié)構(gòu)”，對(duì)控制留巷大變形有利；二是盡可能利用巖體碎脹特性，填實(shí)采空區(qū)，使其“承壓結(jié)構(gòu)”的旋轉(zhuǎn)變形變小，起到承載作用，確保留巷整體穩(wěn)定。

圖9 定向預(yù)裂爆破原理Fig.9 Principle of directional presplitting blasting

3.1.2 強(qiáng)化錨固體系承載性能

隨著支護(hù)理論、支護(hù)技術(shù)和支護(hù)材料的深入研究，支護(hù)體系向著高強(qiáng)度（能夠適應(yīng)動(dòng)壓大變形）、高預(yù)應(yīng)力（改善圍巖應(yīng)力、避免頂板離層、降低松散變形）、高剛度（加強(qiáng)抗變形能力，高敏感性、高增阻限位變形）的“三高”方向發(fā)展，進(jìn)而使錨桿（索）在高地應(yīng)力、強(qiáng)動(dòng)壓等特殊條件下確保較高的支護(hù)強(qiáng)度?！叭摺卞^桿（索）支護(hù)阻力與圍巖變形的關(guān)系如圖10所示，與其他支護(hù)形式相比，具有強(qiáng)初撐、急增阻和高工作阻力的特點(diǎn)，巷道變形量（ΔS）可得到有效控制。

圖10 支護(hù)阻力與圍巖變形的關(guān)系Fig.10 Relation between support resistance and surrounding rock deformation

為使沿空留巷錨固體系承載力得以強(qiáng)化，采用新型“三高”錨桿和大直徑預(yù)應(yīng)力錨索、高強(qiáng)度高剛度托盤(pán)、鋼帶、護(hù)網(wǎng)等［13］進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。該方式能較好控制頂板上部圍巖變形，達(dá)到深井留巷頂板管理的要求；大直徑預(yù)應(yīng)力錨索呈現(xiàn)出抗拉抗剪強(qiáng)度高、低松弛等優(yōu)勢(shì)，預(yù)緊力較大，可錨固頂板深淺部巖石，增加頂板抗彎能力，抑制頂板巖層間的不連續(xù)變形，減小頂板的拉破壞區(qū)向煤幫移動(dòng)的壓力，能夠滿(mǎn)足深井留巷圍巖受強(qiáng)烈動(dòng)壓影響的要求。

3.1.3 加強(qiáng)頂幫結(jié)構(gòu)

確保留巷頂板穩(wěn)定的關(guān)鍵是加強(qiáng)頂幫煤巖結(jié)構(gòu)的協(xié)同控制。該礦留巷初期頂板下沉較大，煤幫鼓起嚴(yán)重，甚至造成鄰近單體柱的擠斷破壞。

（1）高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力錨索強(qiáng)化頂板結(jié)構(gòu)。深部留巷頂板采空區(qū)側(cè)往往下沉較大，原支護(hù)錨固的區(qū)域變形要比錨桿索的極限延伸量大，使支護(hù)體系失效，頂板大量下沉。必須對(duì)頂板加強(qiáng)支護(hù)，支護(hù)長(zhǎng)度比原支護(hù)長(zhǎng)，且支護(hù)到基本頂位置，如圖11所示。頂板補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)采用高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力錨索，能更好地抵抗爆破切頂產(chǎn)生的擾動(dòng)和頂板斷裂沖擊，避免頂板關(guān)鍵位置發(fā)生損壞，適應(yīng)深井留巷圍巖變形大的特性，確保留巷頂板穩(wěn)定。

圖11 留巷頂幫結(jié)構(gòu)強(qiáng)化機(jī)理Fig.11 Strengthening mechanism of retaining roadway roof structure

（2）增加支護(hù)長(zhǎng)度護(hù)煤幫。煤層采出后，回采動(dòng)壓將向?qū)嶓w煤幫、巷旁支護(hù)體轉(zhuǎn)移，這兩處是保證留巷穩(wěn)定的關(guān)鍵承載結(jié)構(gòu)；矸石運(yùn)動(dòng)結(jié)束后，留巷也保持穩(wěn)定，覆巖壓力將由實(shí)體煤幫、矸石一起承載，因此留巷整個(gè)階段中實(shí)體煤幫作為關(guān)鍵承載結(jié)構(gòu)之一，其是否穩(wěn)定決定了留巷效果。

因留巷工作面埋深大、靜壓大，煤幫塑性區(qū)也大，回采后煤幫是留巷頂板的關(guān)鍵支撐體，承受的支承壓力增加，煤幫淺部圍巖易發(fā)生失穩(wěn)，其應(yīng)力向深部轉(zhuǎn)移，煤幫破壞范圍將隨關(guān)鍵覆巖破斷不斷擴(kuò)大。普通錨桿支護(hù)往往處于破碎區(qū)，幫部煤體將會(huì)失衡，留巷頂板難以形成有效支撐，因此需對(duì)留巷煤幫采取長(zhǎng)錨索加強(qiáng)支護(hù)。其作用是將淺部錨桿承載層錨固在彈性區(qū)穩(wěn)定煤體內(nèi)（圖11），加大煤幫側(cè)向應(yīng)力補(bǔ)充，減小錨固區(qū)內(nèi)圍巖破碎變形，抑制向煤體遠(yuǎn)處發(fā)生擴(kuò)容松動(dòng)。利用本身延伸讓壓優(yōu)勢(shì)對(duì)錨固端穩(wěn)定進(jìn)行保護(hù)，強(qiáng)化錨固體力學(xué)能力，發(fā)揮煤體自承能力，保證留巷時(shí)煤幫穩(wěn)固，從而更好地支撐頂板巖層。

3.1.4 巷內(nèi)柔性支護(hù)

（1）可伸縮U型鋼抵抗側(cè)壓。保證切頂留巷穩(wěn)定的關(guān)鍵是實(shí)體煤幫和碎石幫，決定碎石幫穩(wěn)定的關(guān)鍵是抵抗采空區(qū)矸石強(qiáng)烈運(yùn)動(dòng)。碎石幫通過(guò)布設(shè)擋矸設(shè)施阻止采空區(qū)矸石進(jìn)入巷內(nèi)，因靜壓大，擋矸系統(tǒng)所受的側(cè)壓也較大，擋矸設(shè)備應(yīng)具有抵抗側(cè)壓性能。由于埋深大，留巷破壞大，且擋矸設(shè)備沿切頂線(xiàn)布設(shè)，爆破處頂板下沉要比非切頂處大，因此擋矸系統(tǒng)應(yīng)具有豎向讓位卸壓功能，規(guī)避豎向受壓破壞，滿(mǎn)足深部圍巖變形要求。

基于大靜壓和留巷圍巖運(yùn)動(dòng)特性，采用滑動(dòng)段、固定段組成的柔性讓位卸壓擋矸結(jié)構(gòu)（圖12）。頂板爆破后，采空區(qū)矸石對(duì)擋矸結(jié)構(gòu)有一定的側(cè)向壓力，U型鋼擋矸結(jié)構(gòu)滑動(dòng)的內(nèi)力由卡纜預(yù)緊力提供。留巷經(jīng)歷回采動(dòng)壓擾動(dòng)時(shí)，U型鋼所受的豎向應(yīng)力逐步增加；豎向壓力與滑動(dòng)摩擦力相同時(shí)，兩段U型鋼出現(xiàn)相對(duì)滑動(dòng)而讓位卸壓，使其豎向受壓時(shí)不會(huì)出現(xiàn)彎曲破壞，起到護(hù)幫作用，達(dá)到與頂?shù)装鍏f(xié)調(diào)的目的。

圖12 留巷柔性讓位卸壓擋矸結(jié)構(gòu)Fig.12 Structure of flexible yielding pressure relief of retaining wall

在爆破位置采用單體柱配合U型鋼、鋼筋網(wǎng)進(jìn)行擋矸防護(hù)，U型鋼與單體柱間隔布置。采空區(qū)頂板垮塌的矸石運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定后，適時(shí)取消或關(guān)小單體支護(hù)，對(duì)碎石幫進(jìn)行噴漿處理（約50 mm厚），從而密閉采空區(qū)、隔絕有害氣體。

（2）巷內(nèi)臨時(shí)支護(hù)抗動(dòng)壓。初始留巷時(shí)，覆巖劇烈活動(dòng)，采空區(qū)頂板未充分垮塌，對(duì)覆巖未形成有效支撐，且頂板支護(hù)體系受上覆壓力下沉，難以自穩(wěn)。深部動(dòng)壓沖擊性強(qiáng)、來(lái)壓強(qiáng)度大，碎石幫擋矸設(shè)備無(wú)法有效控制深井留巷圍巖，為抑制留巷覆巖活動(dòng)對(duì)其造成的影響，留巷內(nèi)還需臨時(shí)支護(hù)，以抵抗關(guān)鍵覆巖斷裂下沉造成的影響。待留巷覆巖活動(dòng)結(jié)束，采空區(qū)矸石起到有效支撐，留巷圍巖趨于穩(wěn)定后，適時(shí)取消或減小臨時(shí)支護(hù)密度。

工作面采過(guò)后，布置完擋矸設(shè)備應(yīng)及時(shí)在巷內(nèi)布置密集單體柱抬棚以臨時(shí)支撐頂板，抬棚與頂板間用木塊組成柔性墊層。單體柱增阻快、剛度大，可提供較高的切頂阻力，有利于采空區(qū)頂板沿切縫快速垮塌，并及時(shí)對(duì)留巷頂板作支護(hù)處理，有效避免留巷初期頂板快速下沉的現(xiàn)象。

3.1.5 切頂卸壓沿空留巷圍巖協(xié)同控制時(shí)空關(guān)系

提出以“切、補(bǔ)、護(hù)、支”為核心的切頂卸壓沿空留巷圍巖控制基本思路，要想充分發(fā)揮協(xié)同控制作用，須協(xié)調(diào)好四者的時(shí)空關(guān)系?；夭汕皯?yīng)減弱巷道和采空區(qū)關(guān)鍵覆巖間的力學(xué)聯(lián)系，確定合理的定向爆破方式和參數(shù)，徹底切斷關(guān)鍵巖層間的聯(lián)系，同時(shí)避免爆破對(duì)巷道圍巖的破壞；爆破后要及時(shí)采用高強(qiáng)支護(hù)強(qiáng)化巷道頂幫結(jié)構(gòu)，從根本上控制好留巷支護(hù)效果；工作面推過(guò)后，緊跟端頭支架沿切縫布設(shè)擋矸設(shè)備，阻擋采空區(qū)矸石進(jìn)入留巷內(nèi)，同時(shí)在巷內(nèi)架設(shè)單體柱抬棚臨時(shí)支撐頂板，以抵抗采空區(qū)矸石劇烈運(yùn)動(dòng)和回采動(dòng)壓影響；適時(shí)在采空區(qū)幫進(jìn)行噴漿處理，隔絕留巷與采空區(qū)間的氣體流通；留巷后要及時(shí)對(duì)錨桿、錨索進(jìn)行二次預(yù)緊，保證錨桿（索）支護(hù)效果。

總之，根據(jù)時(shí)間和空間合理進(jìn)行預(yù)裂爆破，使工作面回采后沿預(yù)裂弱面及時(shí)垮塌，通過(guò)高強(qiáng)支護(hù)、擋矸防護(hù)和臨時(shí)支護(hù)等手段，提高留巷圍巖結(jié)構(gòu)的整體性。協(xié)調(diào)“切、補(bǔ)、護(hù)、支”四者的時(shí)空關(guān)系，有利于留巷結(jié)構(gòu)體形成穩(wěn)固的整體性。

3.2 切頂卸壓沿空留巷關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)

根據(jù)構(gòu)建的大埋深、薄基巖、厚煤層綜放開(kāi)采條件下的切頂卸壓沿空留巷圍巖協(xié)同控制體系，基于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地質(zhì)情況，確定以下關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)。

3.2.1 切頂爆破參數(shù)

保證留巷效果的關(guān)鍵是合理的切頂高度，確保切斷留巷與采空區(qū)頂板間的力學(xué)聯(lián)系及回采后關(guān)鍵覆巖隨時(shí)垮塌，矸石穩(wěn)定后對(duì)覆巖起到支撐作用；同時(shí)減小懸臂結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度，礦壓顯現(xiàn)不再劇烈，留巷位于應(yīng)力降低區(qū)內(nèi)，起到卸壓作用。切頂高度H0的經(jīng)驗(yàn)公式為H0=H′/（k′-1），其中，H′為開(kāi)采高度，5.0 m；k′為煤巖體碎脹系數(shù)，1.35。不考慮頂?shù)装遄冃?，?jīng)計(jì)算，H0=14.3 m。基于不同切頂高度留巷模擬結(jié)果，H0=15.0 m時(shí)效果最佳。再結(jié)合該礦切頂工程經(jīng)驗(yàn)［30］，綜合確定切頂高度為15.0 m。

爆破孔向回采幫傾斜，基于現(xiàn)場(chǎng)鉆機(jī)狀況，為便于施工，爆破孔距回采幫不大于0.2 m，所有孔整齊排列。爆破孔向煤柱幫傾斜時(shí)不利于采空區(qū)頂板垮落，傾斜角度過(guò)大導(dǎo)致留巷上方懸頂長(zhǎng)度過(guò)大，造成留巷頂板壓力增大，鉆孔垂直巷道中線(xiàn)，傾角α為85°?？紤]到爆破孔間距過(guò)大可能無(wú)法形成預(yù)裂弱面，影響切頂效果；若爆破孔間距過(guò)小，會(huì)增加施工量，影響留巷進(jìn)度，增加成本［31］；結(jié)合以往經(jīng)驗(yàn)，確定鉆孔間距為500 mm，鉆孔直徑為（50±2）mm。選擇礦用三級(jí)乳化炸藥，線(xiàn)裝藥密度0.6 kg/m。深孔爆破時(shí)封孔長(zhǎng)度不小于孔深的1/3，具體參數(shù)見(jiàn)圖13。選擇礦用毫秒延期電雷管，每次爆破電雷管段別相同，孔內(nèi)并聯(lián)連接，孔間串聯(lián)連接，每次起爆5～10個(gè)孔。

圖13 裝藥及封孔示意圖Fig.13 Schematic diagram of charging and hole sealing

3.2.2 支護(hù)參數(shù)

根據(jù)留巷圍巖控制對(duì)策分析結(jié)果，結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，確定切頂卸壓沿空留巷圍巖支護(hù)參數(shù)，具體如圖14所示（圖中數(shù)字未標(biāo)注單位均為mm）。

圖14 沿空留巷支護(hù)相關(guān)參數(shù)Fig.14 Related parameters of gob side entry retaining support

頂板補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)：在工作面前方頂板平行巷道中線(xiàn)方向補(bǔ)打4排走向錨索梁，錨索配槽鋼梁支護(hù)頂板，預(yù)緊力不低于300 kN。煤幫加強(qiáng)支護(hù)：實(shí)體煤幫采用錨索梁補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，距底板1.5 m處垂直巷幫布置1根錨索，且用槽鋼梁連接，預(yù)緊力不小于200 kN。滯后臨時(shí)支護(hù)：利用單體支柱+4 m長(zhǎng)的π型梁組成被動(dòng)支護(hù)，一梁三柱布置，與巷道中線(xiàn)垂直，單體柱間距1.8 m，棚距0.6 m，單體柱初撐力大于11.5 MPa，下墊“鐵鞋”和地梁。

巷幫擋矸防護(hù)：采用“雙層金屬網(wǎng)+可伸縮U型鋼+連接板”組成巷旁擋矸防護(hù)，具有柔性讓壓和可伸縮的優(yōu)勢(shì)，在過(guò)渡支架后方布置。菱形網(wǎng)頂部向巷內(nèi)露0.2 m，且與原頂板支護(hù)網(wǎng)片相連，網(wǎng)與網(wǎng)搭接至少0.2 m；菱形網(wǎng)外鋪鋼筋網(wǎng)，之間夾有風(fēng)筒布，防止向采空區(qū)漏風(fēng)。采用2段36U型鋼組成可伸縮擋矸系統(tǒng)，頂板、底板柱窩深度至少0.2，0.3 m；擋矸柱距巷道中線(xiàn)2.2 m，與頂板呈3°～5°打設(shè)（柱根扎向采空區(qū)），柱距為0.6 m。用拉桿將U型鋼連在一起，并與擋矸柱形成一個(gè)穩(wěn)固的整體。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果分析

4.1 切頂對(duì)工作面支架的影響分析

為掌握切頂與未切頂時(shí)綜放工作面礦壓顯現(xiàn)的影響規(guī)律，選擇18060綜放工作面兩端頭支架作對(duì)比分析，即對(duì)工作面切縫側(cè)5號(hào)支架和上部端頭95號(hào)支架數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，如圖15所示。

圖15 工作面兩側(cè)支架壓力曲線(xiàn)Fig.15 Pressure curves of supports on both sides of working face

由圖15可知，5號(hào)支架工作阻力最大值為1 455 kN，平均271 kN；95號(hào)支架工作阻力最大值為1 751 kN，平均501 kN。臨近留巷切頂側(cè)的5號(hào)支架工作阻力相對(duì)其他支架均有所降低，爆破切頂影響范圍內(nèi)的工作面支架阻力不斷減小，表明在爆破切頂?shù)挠绊懴?，切頂范圍?nèi)巖層破斷垮落后的矸石填實(shí)了采空區(qū)，基本頂出現(xiàn)回轉(zhuǎn)的可能降低，因此回轉(zhuǎn)變形較小，不會(huì)對(duì)留巷直接頂造成較大壓力；距爆破切頂較遠(yuǎn)后，造成的影響也較小，根據(jù)觀(guān)測(cè)結(jié)果可知，留巷頂板爆破切頂?shù)挠绊憛^(qū)域約30 m。

4.2 深井切頂卸壓沿空留巷圍巖變化規(guī)律分析

反映巷道圍巖穩(wěn)定性的主要指標(biāo)是巷道變形量。受工作面回采影響，前巷道表面位移較小。工作面回采后，監(jiān)測(cè)點(diǎn)均受回采動(dòng)壓影響。圖16為典型測(cè)點(diǎn)的留巷表面位移曲線(xiàn)。

圖16 留巷表面位移曲線(xiàn)Fig.16 Displacement curves of retaining roadway surface

留巷表面位移變化情況分析如下：典型測(cè)點(diǎn)留巷實(shí)體煤幫最大變形量173 mm，采空區(qū)幫最大變形量298 mm，留巷兩幫最大收縮量471 mm；頂板最大下沉量278 mm，最大底鼓量439 mm，頂?shù)装遄畲笞冃瘟?17 mm。留巷變形呈現(xiàn)出階段性，留巷初期因受回采動(dòng)壓及頂板受采空區(qū)上覆“大結(jié)構(gòu)”巖層回轉(zhuǎn)下沉的綜合影響，導(dǎo)致變形速度增加較大，稱(chēng)為動(dòng)壓劇烈影響階段；工作面后方60～120 m內(nèi)，距工作面較遠(yuǎn)，受回采動(dòng)壓影響較小，且巷旁采空區(qū)內(nèi)的矸石支撐其上方“大結(jié)構(gòu)”巖層，矸石活動(dòng)未完全結(jié)束，上覆巖層仍會(huì)緩慢運(yùn)動(dòng)，留巷變形量仍在增大，但變形速度減緩，稱(chēng)為動(dòng)壓緩慢影響階段；滯后工作面120～140 m內(nèi)，距工作面更遠(yuǎn)，受回采動(dòng)壓影響更小，采空區(qū)矸石運(yùn)動(dòng)基本結(jié)束，留巷除有底鼓外，其圍巖基本趨于穩(wěn)定，稱(chēng)為留巷初次穩(wěn)定區(qū)；滯后工作面140 m后，留巷初步形成且達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，根據(jù)實(shí)際情況逐步減小臨時(shí)支護(hù)密度，其圍巖可能發(fā)生微妙變化而引起應(yīng)力再次分布后，基本趨于穩(wěn)定，稱(chēng)為成巷穩(wěn)定區(qū)。

4.3 切頂卸壓沿空留巷應(yīng)用效果與效益分析

18060綜放工作面回采后，采空區(qū)上方關(guān)鍵巖層及時(shí)按預(yù)裂位置垮落并自動(dòng)成巷幫，留巷在滯后工作面約200 m時(shí)基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，留巷效果見(jiàn)圖17。巷內(nèi)臨時(shí)支護(hù)設(shè)備可根據(jù)情況適當(dāng)減少，用于新留巷段使用。鑒于碎石幫的穩(wěn)定性，擋矸設(shè)施還可在臨近工作面回采時(shí)進(jìn)行回收。18060綜放工作面運(yùn)輸巷進(jìn)入留巷時(shí)，巷寬由初期的4.5 m縮至4.0 m，兩幫收縮率為11.05%；巷高由最初的3.0 m縮至2.4 m，頂?shù)装逡平蕿?3.3%。留巷基本能滿(mǎn)足安全生產(chǎn)要求。基于趙固一礦大埋深、薄基巖、厚煤層綜放開(kāi)采條件下實(shí)施沿空留巷，所提出的圍巖協(xié)同控制思路基本滿(mǎn)足了現(xiàn)場(chǎng)要求。

圖17 留巷效果圖Fig.17 Effect diagram of retaining roadway

趙固一礦采用切頂卸壓沿空留巷技術(shù)后，采掘接替緊張狀態(tài)得以緩解，資源回收率得以增加，經(jīng)濟(jì)效益高達(dá)1 950萬(wàn)元，并且解決了因留設(shè)煤柱帶來(lái)的巷道圍巖控制難的問(wèn)題，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益良好。

5 結(jié) 論

（1）提出定向聚能爆破方法，切斷留巷和采空區(qū)頂板間的力學(xué)聯(lián)系，使上覆懸臂梁長(zhǎng)度減小，并且切落后的矸石有效支撐上覆關(guān)鍵巖層，對(duì)其結(jié)構(gòu)應(yīng)力環(huán)境起到優(yōu)化作用，巷旁支護(hù)體承受的附加壓力得以減小。

（2）根據(jù)切頂卸壓沿空留巷圍巖經(jīng)歷未切頂卸壓期、超前切頂期、動(dòng)壓變形期和留巷穩(wěn)定期的分期特征，提出基本頂弱化卸荷、強(qiáng)化錨固體系承載性能、加強(qiáng)頂幫結(jié)構(gòu)和巷內(nèi)柔性支護(hù)等圍巖協(xié)同控制對(duì)策，并應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)。

（3）切頂卸壓沿空留巷技術(shù)在趙固一礦18060綜放工作面進(jìn)行了應(yīng)用，確定爆破切頂高度為15 m，爆破孔間距0.5 m，鉆孔直徑50 mm，鉆孔傾角85°，線(xiàn)裝藥密度0.6 kg/m?；趪鷰r協(xié)同控制系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)采用高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力錨索對(duì)頂幫進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，巷幫采用可伸縮U型鋼等設(shè)備進(jìn)行擋矸防護(hù)，巷內(nèi)采用單體柱+π型梁抬棚對(duì)頂板進(jìn)行臨時(shí)支撐。

（4）由現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可知，切頂側(cè)礦壓較未切頂側(cè)礦壓明顯降低，且頂板預(yù)裂切縫的影響范圍約30 m，留巷兩幫收縮量最大471 mm，頂?shù)装遄冃瘟孔畲?17 mm，滯后工作面約200 m后基本穩(wěn)定下來(lái)，留巷能夠滿(mǎn)足下一工作面安全生產(chǎn)的要求。這可為相似工程情況下切頂卸壓沿空留巷的應(yīng)用提供技術(shù)借鑒。