切頂爆破卸壓護(hù)巷技術(shù)在沿空留巷中的應(yīng)用研究

石 強(qiáng)

(潞安化工集團(tuán)有限公司 高河能源，山西 長(zhǎng)治 046000)

沿空留巷無(wú)煤柱開采能夠提高煤炭資源回收率、緩解礦井采掘銜接緊張局面，目前已被廣泛應(yīng)用[1-3]。切頂爆破卸壓能夠有效緩解留巷壓力，在進(jìn)行沿空留巷時(shí)，結(jié)合不同的開采地質(zhì)參數(shù)選擇合理的爆破參數(shù)，是實(shí)現(xiàn)成功留巷的關(guān)鍵[4-6]。

1 工程概況

1.1 工作面情況

高河能源W3305工作面為西三盤區(qū)工作面，南北均為未采區(qū)，東面接+450 m水平北翼大巷，西面為礦界。W3305工作面采用“三進(jìn)一回”布置，膠帶巷長(zhǎng)2 777 m，進(jìn)風(fēng)巷長(zhǎng)2 727 m，與高抽巷間隔35 m，輔運(yùn)巷長(zhǎng)2 780 m，W3305工作面回風(fēng)巷長(zhǎng)2 830 m.W3305工作面長(zhǎng)度320 m，第一切眼可采長(zhǎng)度960 m，第二切眼可采長(zhǎng)度1 461 m，工作面巷道均沿底留頂煤掘進(jìn)。W3305工作面開采3號(hào)煤層，煤厚5.25～8.4 m，平均厚度6.83 m，埋深427～537 m.直接頂為泥質(zhì)粉砂巖，厚度2.2～4.22 m；老頂為細(xì)砂巖-中粒砂巖，厚度16.4～20.6 m；直接底為泥質(zhì)粉砂巖，厚度0.95～3.05 m；老底為砂質(zhì)泥巖-粉砂巖-細(xì)砂巖，厚度8.9～24.2 m.W3305工作面采綜放工作面，采高采高3.5±0.1 m，放煤高度3.33 m，采放比1∶0.95.W3305工作面布置見圖1.

圖1 W3305工作面布置示意

1.2 沿空留巷頂板管理

W3305工作面采用“三進(jìn)一回”通風(fēng)布置方式，為了加強(qiáng)工作面的通風(fēng)管理，防止上隅角瓦斯超標(biāo)，確保工作面正常回采，同時(shí)減少巷道掘進(jìn)工程量，提升煤炭資源回收率，需要在進(jìn)風(fēng)巷采空區(qū)段采用柔?；炷翂χёo(hù)技術(shù)進(jìn)行沿空留巷。在進(jìn)行沿空留巷過程的前期未進(jìn)行切頂卸壓，由于厚硬關(guān)鍵層回轉(zhuǎn)壓力大、底板膨脹性泥巖等原因，工作面礦壓顯現(xiàn)劇烈，留巷巷道圍巖變形較大，留巷巷道平均幫鼓量600～1 000 mm，平均底鼓量1 000～2 000 mm；部分柔模墻體發(fā)生傾斜，導(dǎo)致留巷支護(hù)系統(tǒng)失效，頂板管理存在重大安全隱患。

2 切頂爆破卸壓技術(shù)參數(shù)優(yōu)化

2.1 切頂爆破技術(shù)參數(shù)

為減小頂板厚硬關(guān)鍵層破斷回轉(zhuǎn)對(duì)巷道頂煤的擠壓，減少巷道圍巖變形，在W3305工作面輔助進(jìn)風(fēng)巷回采側(cè)肩角布置1排炮孔，對(duì)巷道頂板進(jìn)行切頂卸壓。為確定合理的切頂爆破技術(shù)參數(shù)，設(shè)計(jì)2種爆破鉆孔布置及裝藥方式進(jìn)行對(duì)比分析。具體參數(shù)為：①方案一：爆破鉆孔距回采幫1 m，角度70°，間距1 m，孔深21 m，其中裝藥13 m，封炮泥8 m，線裝藥密度為1.0 kg/m3；②方案二：爆破鉆孔距回采幫1 m，角度70°，間距0.9 m，孔深18 m，其中裝藥12 m，封炮泥6 m.炮孔布置方案如圖2所示。

圖2 切頂爆破孔布置圖(mm)

2.2 預(yù)裂切頂爆破窺視分析

W3305工作面進(jìn)風(fēng)巷共進(jìn)行了65組，324個(gè)炮孔。方案一共計(jì)施工119個(gè)爆破孔，方案二施工205個(gè)爆破孔，共使用炸藥3 531.6 kg，導(dǎo)爆索3 838 m，雷管644個(gè)，聚能管3 648 m.方案一選取10號(hào)、15號(hào)和16號(hào)措施孔進(jìn)行窺視，方案二選取29號(hào)、38號(hào)和39號(hào)措施孔進(jìn)行窺視，分析爆破效果。窺視結(jié)果如圖3所示。

6個(gè)措施孔窺視結(jié)果如下：

1) 10號(hào)措施孔距離當(dāng)班工作面約11 m，窺視時(shí)在11 m處發(fā)生塌孔，無(wú)法再進(jìn)行窺視。從鉆孔窺視分析儀中可看出，在封孔段2 m之后就產(chǎn)生了裂縫，但是只有局部斷斷續(xù)續(xù)產(chǎn)生，沒有形成連續(xù)裂縫。從裝藥段8 m處開始到塌孔11 m處，開始產(chǎn)生連續(xù)裂縫，最長(zhǎng)連續(xù)裂縫約1.1 m.10號(hào)措施孔內(nèi)裂縫生成長(zhǎng)度達(dá)裝藥長(zhǎng)度70%以上。

2) 15號(hào)措施孔距離當(dāng)班工作面約18 m，窺視時(shí)在19 m處發(fā)生塌孔。從鉆孔窺視分析儀中可看出，在封孔段6 m處產(chǎn)生局部裂縫，長(zhǎng)度約0.4 m，從裝藥段9 m處開始到塌孔19 m處產(chǎn)生明顯連續(xù)性裂縫，最長(zhǎng)段從9 m處開始到12.5 m處有明顯連續(xù)性裂縫，從13 m到19 m塌孔處也有明顯連續(xù)性裂縫，此段裂縫連續(xù)長(zhǎng)度較短。15號(hào)措施孔內(nèi)裂縫生成長(zhǎng)度達(dá)裝藥長(zhǎng)度70%以上。

3) 16號(hào)措施孔距離當(dāng)班工作面約25 m，窺視21 m.從鉆孔窺視分析儀中可看出，在封孔段沒有產(chǎn)生局部裂縫，從裝藥段8 m處開始到孔底21 m處產(chǎn)生明顯連續(xù)性裂縫，8～9.2 m處有裂縫，最長(zhǎng)段從10 m處開始到15 m處有明顯連續(xù)性裂縫，從16.5 m到21 m孔底處也有較短的連續(xù)性裂縫。16號(hào)措施孔內(nèi)裂縫生成長(zhǎng)度達(dá)裝藥長(zhǎng)度70%以上。

4) 29號(hào)措施孔距離當(dāng)班工作面約98 m，窺視18 m.從鉆孔窺視分析儀中可看出，在封孔段沒有產(chǎn)生裂縫，局部有巖石破碎現(xiàn)象，從裝藥段6 m處開始到孔底18 m處產(chǎn)生局部不連續(xù)裂縫，切縫生成長(zhǎng)度占裝藥長(zhǎng)度50%以上。相較于未優(yōu)化前預(yù)裂切頂爆破后窺視措施孔情況，切縫生成長(zhǎng)度明顯大幅度增加，措施孔內(nèi)裂隙生成寬度明顯增加。說明優(yōu)化后預(yù)裂切頂爆破效果是符合優(yōu)化設(shè)計(jì)要求的。

5) 38號(hào)措施孔窺視時(shí)在17 m處發(fā)生塌孔。從鉆孔窺視分析儀中可看出，在封孔段6 m處產(chǎn)生局部裂縫，長(zhǎng)度約0.4 m，從裝藥段6 m處開始到塌孔17 m處產(chǎn)生明顯連續(xù)性裂縫，最長(zhǎng)段從7 m處開始到12.5 m處有明顯連續(xù)性裂縫，從13 m到17 m塌孔處也有明顯連續(xù)性裂縫，此段裂縫連續(xù)長(zhǎng)度較短。38號(hào)措施孔內(nèi)裂縫生成長(zhǎng)度達(dá)裝藥長(zhǎng)度70%以上。

6) 39號(hào)措施孔窺視18 m.從窺視儀中可看出，在封孔段產(chǎn)生局部裂縫，裂縫長(zhǎng)度0.9 m，且不連續(xù)；從裝藥段6 m處開始到孔底18 m處產(chǎn)生明顯連續(xù)性裂縫，最長(zhǎng)段從9 m處開始到18 m處有明顯連續(xù)性裂縫。39號(hào)措施孔內(nèi)裂縫生成長(zhǎng)度達(dá)裝藥長(zhǎng)度70%以上。

從6個(gè)措施孔內(nèi)可以看出，預(yù)裂切頂爆破后在措施孔內(nèi)均產(chǎn)生了明顯縱向裂縫，其中10號(hào)、15號(hào)、16號(hào)、38號(hào)、39號(hào)措施孔內(nèi)裂縫生成長(zhǎng)度達(dá)裝藥長(zhǎng)度70%以上，29措施孔內(nèi)裂縫生成長(zhǎng)度達(dá)裝藥長(zhǎng)度50%以上。通過窺視的6個(gè)措施孔可以得出，目前在W3305切頂爆破所取爆破參數(shù)合理有效，而且在切頂預(yù)裂聚能爆破取得了較好的效果，基本達(dá)到了預(yù)期爆破效果。因此，為降低施工量和施工難度，選取方案二作為爆破鉆孔參數(shù)，爆破鉆孔距回采幫1 m，角度70°，間距0.9 m，孔深18 m，其中裝藥12 m，封炮泥6 m.

3 留巷圍巖變形情況分析

3.1 未切頂區(qū)域留巷圍巖變形情況

W3305工作面實(shí)施柔模沿空留巷后，對(duì)留巷圍巖變形進(jìn)行觀測(cè)，未切頂區(qū)留巷圍巖表面位移如圖4所示。通過現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)可知，在工作面回采170 m范圍內(nèi)，巷道變形量大，頂?shù)拙嚯x縮近1 340 mm，兩幫距離縮近591 mm.其中，頂板下沉量總體不超過211 mm，總體上頂板下沉緩慢，變化量較小；底鼓量最大為1 129 mm；墻體移近量在測(cè)量范圍內(nèi)總體變化量不超過190 mm；煤幫移近量總體上在401 mm范圍內(nèi)波動(dòng)。同時(shí)由于該區(qū)域未進(jìn)行切頂卸壓，留巷巷道頂板破碎、完整性差，并且有多個(gè)柔模墻破損、鼓包。

圖4 未切頂區(qū)留巷圍巖表面位移圖

3.2 切頂區(qū)域留巷圍巖變形情況

對(duì)切頂卸壓區(qū)留巷圍巖表面位移進(jìn)行觀測(cè)，如圖5所示。由圖5可知，在工作面回采170 m范圍內(nèi)，頂?shù)拙嚯x縮近小于1 100 mm，兩幫縮近小于250 mm.頂板下沉量總體不超過150 mm，底鼓量最大為950 mm，墻體移近量在測(cè)量范圍內(nèi)總體變化量不超過150 mm，煤幫移近量總體上在100 mm范圍內(nèi)波動(dòng)?，F(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)可知，留巷巷道頂板完整，柔模墻體正常，未出現(xiàn)破碎、鼓包等現(xiàn)象。

圖5 切頂區(qū)留巷圍巖表面位移圖

3.3 對(duì)比分析

通過對(duì)切頂區(qū)域和未切頂區(qū)域留巷圍巖變形觀測(cè)分析可知，采用爆破切頂卸壓后，留巷巷道頂板完整，柔模墻體未出現(xiàn)破損、鼓包現(xiàn)象；留巷巷道圍巖表面位移有一定程度減小，頂?shù)装蹇s近量減少約20%，兩幫縮近量減少約50%，其中煤幫側(cè)移近量減少75%.由此可見，切頂卸壓后有效減少了沿空留巷巷道內(nèi)壓力和留巷斷面收縮量，保證了工作面的安全高效高產(chǎn)，為留巷復(fù)用創(chuàng)造了條件。

4 結(jié) 語(yǔ)

1) 采用鉆孔窺視對(duì)兩種不同參數(shù)鉆孔爆破的效果進(jìn)行考察，通過對(duì)比措施孔內(nèi)裂隙貫通長(zhǎng)度，選擇了適宜的爆破鉆孔參數(shù)；并通過現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)爆破切頂前后沿空留巷圍巖變形量，分析了爆破切頂卸壓對(duì)沿空留巷的圍巖控制的作用。

2) 采用爆破切頂卸壓后，有效減少了沿空留巷巷道內(nèi)壓力，留巷巷道頂板完整，柔模墻體未出現(xiàn)破損、鼓包現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了礦井安全高效生產(chǎn)。