切顶卸压留巷技术在泰山隆安煤矿11301 工作面应用

张云天

（晋能控股煤业集团泰山隆安煤矿 ，山西 忻州 036603）

0 引 言

矿井开采过程中，一般两个回采面之间会预留保护煤柱，以保证接续面正常回采，但预留煤柱会造成资源浪费，为解决该问题，近年来沿空留巷技术得到广泛应用[1~2]。沿空留巷技术主要是通过保留原运输巷或回风巷，并对其进行支护作为下一回采面的运输巷道或者回风巷道，该技术的实施可以减少一个巷道的掘进，无须预留保护煤柱，但是实施过程中，如果回采面采空区垮落，由于岩层的连续性会导致预留巷道来压过大，增大支护难度[3~6]。为解决该问题，本文运用切顶技术将预留巷道顶板和采面顶板上覆岩层进行分离，通过数值模拟和现场实施的方法进行了相关研究。研究结果显示，切顶卸压预留巷道技术的实施有效解决了泰山隆安煤矿11301 工作面沿空留巷应力过于集中的破坏问题。

1 矿井及工作面概况

泰山隆安煤矿核定产能240 万t/a，矿井为低瓦斯矿井，整体采用走向长壁综合机械化全断面采煤法，中央并列式通风，工作面采用U 型通风法。矿井主采11 号煤层，煤层平均厚度1.95 m，煤层顶板为泥岩，底板为砂质泥岩。11301 工作面走向长度1 290 m，切眼长度240 m，工作面埋深237。工作面地质结构简单，无大的地质构造，煤层倾角8°。

2 切顶卸压预留巷道应力数值模拟

切顶卸压留巷技术即在预留巷道靠近已采面一侧上帮实施深孔爆破技术，将预留巷道上覆岩靠近已采面一侧断开，原理如图1 所示[7~8]。

图1 切顶卸压留巷技术示意图

为研究切顶卸压预留巷道技术对巷道围岩的保护作用，本文采用软件COMSOL Multiphysics 进行流-固耦合模拟研究，分别模拟了来压120 天后，巷道在实施切顶卸压留巷技术和未实施切顶卸压留巷技术时巷道围岩分布情况，假设巷道周围煤岩、围岩为均匀介质，进行数值模拟的得到的应力分布云图如图2 所示，岩层应力参数见表1。

图2 切顶前后围岩应力分布云图

表1 岩层基本参数表

由图2 可知，留巷顶部未实施切顶技术时，巷道周围围岩应力分布均匀，巷道顶板上部10 m 范围内应力均出现大面积集中的线型，底部6 m 范围内出现应力大幅变化，根据实验室测试数据，砂质泥岩承载应力极限为120 MPa，泥岩承载应力极限为118 MPa，在无任何支护的情况下，未实施切顶卸压预留巷道的情况下，地顶板会出现垮落；上覆岩层应力波及范围较大，在进行锚杆支护的时候必须增加锚杆。

实施完成切顶卸压预留巷道技术的区域，采空区应力连续性被切割缝隙有效阻断，因此巷道周围应力发生大幅度变化。由图2（b）可知切割缝实施完成后，巷道上部应力竖向搏击面积为4 m，底板应力变化范围较小，而应力主要传播到巷道未割缝一侧帮上位置，研究结果显示割缝有效缓解了应力大面积集中的情况。

3 切顶卸压留巷技术现场实施及效果考察

3.1 切顶卸压留巷技术现场实施

根据数值模拟结果显示，切顶卸压留巷技术可有效降低留巷围岩应力大面积集中的情况，现在现场实施切顶技术，切顶卸压示意图如图3 所示。

图3 切顶卸压留巷技术施工示意图

通过在顶板实施预裂爆破钻孔，从而形成沿着巷道方向的裂隙，钻孔间距为3 m，钻孔深度为6 m，钻孔为上向角度，钻孔倾角为80°，炸药采用矿用硝铵炸药，封孔深度1.5 m，装药长度1 m。考虑爆破能量波耦合作用，现场实施过程中每3～6 个钻孔为1 组进行实施，实施后会形成定向裂隙缝隙。

3.2 切顶卸压技术效果考察

爆破钻孔实施完成后进行2 个方面考察，首先采用微振技术测量巷道顶部裂隙分布，对微振数据进行考察微振数据分析如图4 所示。

图4 微振数据分析图

随后对支护后顶板情况进行分析考察，支护顶板离层仪数据如图5 所示。

图5 顶板离层仪数据统计表

根据效果考察结果显示，爆破裂缝剖面波及范围较小，影响范围在钻孔周围0.02 m 范围内；实施后，顶板深部位移最大量为150 mm，浅部为80 mm，现场未发现大面积垮落现象。

4 结 论

本文运用数值模拟的方法模拟了实施切顶卸压技术和不实施该技术巷道围岩应力分布云图，通过微振和顶板离层仪进行了效果考察，得到以下结论：

1）数值模拟结果显示，切顶卸压技术可以有效解决巷道围岩波及面较大的现象。

2）现场实施后显示，深孔爆破产生的裂缝波及范围为0.02 m。

3）切顶卸压技术实施，严控留巷顶板位移量深部最大量150 mm，浅部为80 mm，完全满足支护安全要求。