特厚煤层切顶卸压技术的应用

蔡燕伟

(山西西山晋兴能源有限责任公司 斜沟煤矿，山西 吕梁 033602)

斜沟煤矿动压送巷技术经过多条巷道的实际应用，虽然积累了一定的生产管理经验，但为解决该矿采掘衔接紧张的局面，动压送巷和孤岛工作面回采在今后一段时间将成为一种常态，因此邻近工作面回采过程中对已掘进巷道或正在掘进的巷道的动压影响不可避免，若采用传统方式进行回采会导致邻近顺槽巷道进行多次维修，巷道维修难度大且维修费用高，在此背景下，急需研究突破寻找一种新技术改变回采工作面矿压规律，从而解决邻近顺槽巷道安全掘进的新技术，并从根本上改变该矿综采或综放工作面两巷悬顶面积较大及工作面两巷超前支护段压力大的现状。

1 工作面概况

1) 23107工作面概况。23107工作面位于二水平13#煤层21采区左翼，工作面西侧为23105材料巷掘进工作面(已施工巷道)，东侧为实煤区，上部为8#煤层18103、18105、18117采空区。材料巷布置在工作面东侧，沿13#煤层底板布置，23107皮带巷布置在工作面的西侧，沿13#煤层顶板布置(两巷采用错层位巷道布置)。

23107工作面煤层厚度为12.1～16.08 m，平均厚度14.35 m，煤层倾角7.9°～9.6°，平均8.8°，基本顶为中细粒砂岩，平均厚度4.49 m，直接顶为泥岩，平均厚度5.36 m.

2) 23111工作面概况。23111工作面位于二水平13#煤层21采区左翼，工作面西侧为23109材料巷掘进工作面(预动压送巷巷道)，东部为23113采空区，工作面上部为8#煤层18101、18103、18105采空区。23111材料巷和23111皮带巷均沿13#煤底板布置(两巷采用同一层位布置)。

23111工作面煤层厚度为14.9～15.34 m，平均厚度15.19 m，煤层倾角9.8°～12.5°，平均11.5°，基本顶为中粒砂岩，平均厚度3.37 m，直接顶为泥岩，平均厚度1.29 m.

23107综放工作面与23111综放工作面布置方式见图1.

2 切顶卸压技术

1) 该矿在21采区23111皮带巷预先试验采用切顶卸压技术。如果切顶技术效果明显， 23109材料巷也改变原设计巷道布置方式将沿13#煤层底板进行掘进。两工作面对比布置方式见图1.从图1可以看出，切顶卸压减小错层位保护煤柱宽度，提高煤炭回收率，降低巷道维护成本，解决动压送巷压力较大支护成本高和工作面两巷悬顶面积大的问题。

图1 23107与23111综放工作面布置方式对比图

2) 目前，国内切顶卸压技术主要有：顶板高压注水、顶板静压注水、浅孔循环式放顶、深孔预裂爆破。

a) 顶板高压注水。

该方法在国内尚处于试验阶段，试验过程中遇到的最大问题是注水压力达不到要求，当高压水遇到岩体中的裂缝或软弱面时将迅速卸压，对需要处理的坚硬顶板和顶煤无法进行压裂。

b) 顶板静压注水。

该方法应用的前提必须是顶板岩石吸水性强，吸水后其强度明显降低，且注水时间要求长。该矿21采区回采工作面顶板吸水性较差，且工作面圆班推进速度为8～9刀，推进距离达6～7 m，若使用此方法仍无法有效解决两端头悬顶面积过大，使顶板压力较大对煤柱造成的影响，则影响工作面推进速度。

19世纪末，俄罗斯音乐达到了前所未有的高度，即使是现在，当我们低头缅怀前面所提及的音乐家们时，在内心深处却会情不自禁地抬头仰望他们高大的身影。当人类历史进程走进20世纪的时候，一方面新古典主义宣称要避开现实世界的纷扰，回到巴赫甚至是比巴赫更远的年代，而另一方面，印象主义则跃跃欲试地另辟蹊径，大胆改革创新，意欲创造一个全新的音乐理念和风格，并使自己成为繁荣百年的浪漫主义音乐的终结者。然而，无论是鼓噪一时的新古典主义，还是风靡一时的印象主义，都无法抵消浪漫主义音乐，特别是19世纪俄罗斯音乐在人类音乐文化史上的辉煌成就和深远影响。

c) 浅孔循环式放顶。

该方法与工作面的生产相互干扰，工作面每推进1～2个循环就要停产进行打眼爆破，严重影响工作面推进速度。

d) 深孔预裂爆破。

该方法简单易行，使用锚杆机打眼，火药雷管用量充足，且打眼时间可以在工作面检修时间进行，一次可以实现长距离切顶卸压，满足圆班生产要求，避免了切顶作业与生产作业的交叉进行，能够有效对顶板进行预震动和增加裂隙宽度，解决悬顶面积大和两巷压力较大问题。

根据以上4种切顶卸压技术的使用方法和技术条件，结合该矿实际情况并考虑节约成本，最终选定采用深孔预裂爆破切顶的方法。

3 切顶卸压技术在实际中的应用

为避免23111工作面回采期间对相邻23109工作面材料巷动压送巷影响，造成相邻23109材料巷二次维护，为此决定在23111工作面回采期间提前对23111皮带巷采用深孔爆破方法进行切顶卸压。

1) 炮眼布置。23111工作面皮带巷炮眼从开切眼开始施工，炮眼从机头端头支架第二根立柱位置向推进方向施工，炮眼距保护煤柱帮400 mm施工一排眼，眼距800 mm.根据顶板岩性，炮眼深度分两种：第一种炮眼深度为15～17 m(炮眼打入岩石顶板5 m)；第二种炮眼深度为10～12 m(炮眼打入煤与岩石交界面)，两种炮眼交替布置，炮眼垂直顶板施工。其中穿入岩石的第一种炮眼安装火药深孔爆破，每次起爆2个炮眼，一次连线一次起爆。第二种炮眼用于爆破时切顶自由面，不进行安装火药。

23111工作面皮带巷深孔爆破装药结构示意图见图2.

23111工作面皮带巷深孔爆破炮眼布置图见图3.

图2 23111工作面皮带巷深孔爆破装药结构示意图

图3 23111工作面皮带巷深孔爆破炮眼布置图

2) 装药方法。首先在d40 mm×4 m的PVC管一端填实300 mm黄土，从另一端顺序装入14卷火药、一卷爆破引药和一卷水泡泥(在装入爆破引药时，首先将雷管脚线用炮线连接至19 m长，脚线连接处用防水胶布包裹严实)，最后将黄土装入PVC管内，封泥封满PVC管。PVC管内装好火药后，将PVC管整体穿入炮眼内，再用d36 mm×4 m的PVC管一节对接一节将装好火药的PVC管推入眼底，用力捣实，直至在抽出空PVC管，装好火药的PVC管不得下滑，最后再在炮眼口填实黄土达到封孔长度。

4 采用深孔预裂爆破后效果

1) 有效缩小了初次来压步距和放煤步距，提高了初采期间煤炭回收率。

使用深孔爆破在23111综放工作面推进75 m期间，工作面共发生初次来压一次，周期来压两次，与已推进的23107综放工作面对比发现，23111初次来压步距比23107综放工作面提前了11.1 m，初次放煤步距提前14 m，有效提高了初采初放期间煤炭的回收率。对此情况见表1.

2) 解决了两巷悬顶面积大的问题，改善了两巷矿山压力较大局面。皮带巷悬顶面积见表2.

表1 23107与23111初采初放期间对比表

表2 23107与23111皮带巷端头悬顶面积对比表

通过在周期来压期间对23107皮带巷与23111皮带巷悬顶面积和超前段煤壁影响范围观察统计对比发现，皮带巷端头悬顶面积大的问题彻底得到了解决，超前维护断鼓帮、片帮压力显现现象得到了控制。通过观察采空区塌落情况和岩石断裂情况并进行分析发现，爆破预裂效果显著。

3) 经济效益可观。

改变了以往工作面错层位布置巷道的方式，可以将以往保护煤柱的三角煤进行回收，增加煤炭回收率。

以23111皮带巷与23109材料巷的错层位布置巷道的方式为例，结合23101、23107、23112、23113综放工作面实际回采时技术参数作为参考。23111工作面推进长度为2 413.5 m，13#煤容重为1.41 t/m3.根据以往的两巷布置形式及机头过渡段的距离，可计算出传统巷道布置方式工作面丢失底三角煤的面积约为242.3 m2，采用深孔预裂爆破后，23109材料巷沿底板掘进预计可多回收的底煤量约为：242.3×2 413.5×1.41=82.46万t，煤炭价格以每吨煤400元计算，可产生经济效益3.3亿元。

5 结 语

1) 深孔爆破切顶卸压技术操作简单，效果显著，可以根据各自矿井实际情况寻找最佳爆破参数，并进行调整，以达到爆破效果。

2) 深孔爆破切顶卸压技术的应用有效解决了采煤工作面衔接紧张和邻近工作面不能及时开采的局面，避免了因压力过大导致孤岛工作面巷道维修费用高和动压送巷支护费用高的现象。

3) 深孔爆破切顶卸压技术为矿井日后工作面回采对大巷影响和保护煤柱的留设问题提出了新的要求，为煤炭资源回收率的提高提供了更可靠的技术保障。