深孔爆破切顶卸压护巷技术在迎采动掘巷中的应用

2021-05-13赵树丰

山东煤炭科技 2021年4期

赵树丰

（西山煤电吕梁德威公司，山西太原 030022）

在井下生产过程中，当邻近回采工作面需要开掘巷道时，此掘进巷道会受到相邻回采工作面回采动压作用。当回采工作面与掘进工作面交锋时，此时掘进巷道受到采掘应力叠加作用，极易导致巷道产生大变形，影响正常使用，不得不进行二次返修[1-2]。为解决回采工作面隅角悬顶问题及采动应力对掘巷的影响，保障矿井正常接替和安全生产，探索采用深孔爆破切顶护巷技术。

1 工程概况

22610 工作面位于中六采区东南部，东北侧为22608 采空区，西南侧及东南侧均为未采区，盖山厚度300～652 m，平均476 m。工作面顶底板情况见表1。

表1 22610 工作面顶底板情况

受采掘接替紧张影响，相邻同时掘送22612 工作面副巷，如图1。

图1 22612 迎采动面掘进平面布置图

2 工作面采空区侧向煤体内支承压力理论分析

22610 工作面采空区采用自然垮落法，随着工作面回采，由基本顶构成的各关键层会依次离层、断裂、回转，并达到动态平衡，形成砌体梁结构。根据基本顶的断裂位置，可以将煤层上覆岩层分为两部分，如图2[3]所示。

图2 工作面开采后侧向关键层组破断情况

根据断裂线，其煤层上部应力可分开讨论。断裂线以下应力模型如图3 所示，可认为是煤层上部岩层重量沿断裂角重量的垂直分量；断裂线以上的应力模型如图4，由基本顶破断块在采空区侧向煤体上应力增量Δσi提供，呈等腰三角形OEC 分布，作用点E 为基本顶相对应断裂线中点。

图3 断裂线以下上覆岩层自重应力模型

可以看出，断裂线以下的自重载荷由顶板岩性决定，与回采工艺无关，而断裂线以上的关键层组载荷与关键层长度L有直接关系。正常回采后，由于该工作面基本顶较硬，难以断裂，导致煤柱应力较大，若能采取措施将关键层组进行预裂切断，减少其长度L，则煤柱所受应力会大幅减少，其变形相应也会容易控制。

图4 断裂线以上断块应力增量模型

3 深孔爆破切顶卸压护巷技术

基于以上理论分析，提出采用深孔爆破技术对回采巷道顶板进行切顶，以使回采巷道基本顶形成大量横贯裂隙，在支承应力的作用下及时断裂，既改善了煤柱应力环境，又对该工作面隅角悬顶控制起到了有效作用[4]。

3.1 方案参数设计

为维护副巷顺槽顶板安全，且要达到切顶效果，设计炮孔穿透直接顶、基本顶到砂质泥岩顶段1 m以上。炮孔沿副巷顺槽从控制台外进行打眼，炮孔打设在风水管帮距保险帮0.5 m（保护电缆线），炮孔方向与顶底板垂直线夹角为20°，偏向保险帮，炮孔斜长深度为22 m，孔径为Φ65 mm，共需布置100 个炮孔。在爆破预裂时，封孔段长度超过泥岩段，到达22610 和22612 预留煤柱顶板内。

装药量：本次全部采用Ф50 mm 爆破筒，每米装药量约1.4 kg，1 个炮孔共计约19.6 kg 炸药。

封孔要求：炮孔封孔长度不低于7 m，采用专用炮泥袋封孔。每个孔内雷管2 发。炮孔深度及装药量具体参数见表2。