特厚煤层切顶卸压护巷技术研究

马国伟

(山西西山晋兴能源有限责任公司 斜沟煤矿，山西 吕梁 033600)

1 概 况

斜沟煤矿为设计生产能力1 500万t/年的千万吨级矿井。该矿18201工作面属于12采区首采工作面，工作面北部为12采区3条下山，西部、南部为实煤区，东部为+700 m水平南翼3条大巷，3条大巷间距约为35 m，工作面距离+700 m水平南翼辅运大巷70 m. 18201工作面与3条大巷位置关系见图1.

图1 巷道布置示意图

随着18201工作面的推进(目前工作面已回采约1 940 m，外段采长为291.1 m的区段剩余约为2 020 m)，受采动影响+700 m水平8#煤南翼3条大巷出现不同程度的顶板破碎、裂隙、离层，帮部片帮，底板鼓起等现象，对大巷的使用造成影响。

18201工作面煤层平均厚度6.25 m，煤层倾角9°.直接顶为中细粒砂岩，厚度0.00～9.46 m，平均厚度6.40 m. 基本顶为泥岩，厚度2.17～11.10 m，平均厚度6.68 m. 底板有一层平均厚度为0.94 m的泥岩和数层较厚的中细粒砂岩，粒状结构。

2 切顶卸压方案设计研究

2.1 切顶卸压护巷基本理论

矿用乳化炸药爆破时产生较强的冲击波，冲击波携带着大量爆破能量迅速向钻孔周边传播释放，钻孔周边煤岩体受到冲击波作用迅速发生挤压变形，在强烈径向压缩下产生沿钻孔径向方向的滑移，岩壳随着径向移动而扩张，形成扩腔区、压碎区，继而形成裂隙圈。炮孔各区分布区域见图2.

图2 炸药爆破后各区分布图

利用切顶卸压方式切断18201工作面回采时所产生的超前支承压力的影响，阻断和减弱其向巷道尤其是长期使用的+700 m水平8#煤南翼3条大巷进行应力传递，进而能够减小被保护大巷的受力，确保大巷的长久稳定。

2.2 切顶卸压方案的确定

该次切顶卸压护巷方案为：在18201工作面材料巷内实施切顶放炮，距离煤柱帮400 mm处每隔1 000/800 mm，垂直顶板施工一排炮眼，炮眼均与顶板垂直。利用矿用钻孔窥视仪成像技术进行比较发现，钻孔为800 mm和1 000 mm两种间距时爆破效果基本一致，从经济角度考虑，最终确定钻孔间距为1 000 mm，见图3.

炮眼深度设计依据：为保证切顶卸压效果，以打穿关键层为宜，工作面直接顶为中细粒砂岩，平均厚度6.40 m，基本顶为泥岩，平均厚度6.68 m，炮眼深度设计为13 m.

装药结构：1) 装药结构分为3段，每段在d40 mm×1 500 mm的聚能管一端填实200 mm黄土，从另一端装入4卷火药，再装入1卷爆破引药，在末端装入300 mm黄土捣实，3段依次送入爆破孔。2) 在一根d40 mm×2 000 mm的聚能管先装入0.25 m黄土，其次装入6包(合计1.5 m)水炮泥，再装入0.25 m黄土，捣实，将此管穿入炮孔，送至前一根聚能管尾部。3) 在孔口装入5 m黄土，逐级捣实。

图3 同一深度不同钻孔间距爆破效果对比图

3 切顶卸压护巷可行性数值模拟研究

结合相关矿山压力理论，根据顶底板厚度、煤岩体体积模量、抗拉强度、内摩擦角、内黏聚力等参数，利用FLAC3D数值软件进行一系列的模拟与验证。建立的模型见图4.

图4 模型网格图

18201材料巷在不切顶条件下煤柱宽度为70 m时，+700 m南翼辅运大巷的应力云图见图5.

图5 不切顶条件下辅运大巷应力云图

18201材料巷在切顶条件下煤柱宽度为70 m时，+700 m南翼辅运大巷的应力云图见图6.

图6 切顶条件下辅运大巷应力云图

对切顶卸压护巷方案进行模拟分析得出，18201材料巷未切顶前，+700 m南翼辅运大巷两帮移近量及顶底板移近量较为明显。18201材料巷切顶后，+700 m南翼辅运大巷两帮移近量以及顶底板移近量得到有效控制，说明切顶卸压护巷方案可行。

4 巷道位移实际观测

采用多点位移计观测巷道受采动影响下围岩变形随时间变化情况。位移变化曲线图见图7.

图7 两帮位移变化曲线图

由图7可知，18201材料巷采用切顶卸压后，+700 m南翼辅运大巷两帮移近量变化最大值不超过40 mm，说明切顶卸压护巷方案有效避免了18201工作面回采对+700 m南翼辅运大巷围岩稳定性的影响。

5 结 论

1) 采用深孔预裂爆破切顶卸压技术现场应用表明该技术有效解决了大采高工作面两巷采空区悬顶问题。

2) 18201材料巷切顶后，+700 m南翼辅运大巷两帮移近量得到了有效控制，说明切顶卸压护巷方案可行。