切顶卸压留巷技术在坚硬顶板综采工作面中的应用

2022-03-08李艳龙

山西化工 2022年1期

李艳龙

（汾西矿业双柳煤矿，山西柳林 033300）

随着采深的增加，煤炭开采受到地应力影响更为明显，若仍采用传统的煤柱方式保护回采巷道，则容易存在煤柱变形严重、巷道支护困难、掘进效率低等问题[1-2]。通过切顶卸压钻孔切断留巷段与采空区顶板间应力传递路径，从而可为巷道围岩控制创造较好的应力环境，该方法在矿井井下应用逐渐普遍[3-6]。本文即以山西某矿3602 综采工作面回采为工程背景，将切顶卸压留巷技术留巷段围岩控制中，取得较好效果。

1 工程概况

3603 综采工作面回采3#煤层，煤层厚度均值为4.5 m，煤层埋深平均450 m，回采的煤层具有突出危险性，采用大采高回采工艺。3603 综采工作面设计走向、倾向长度分别为1360 m、266 m，采面设计布置有3 条进风巷、2 条回风巷，由于回采的煤层具有突出危险性，巷道掘进效率相对较低。为了提高巷道掘进效率并提高煤炭采收率，提出采用切顶卸压留巷方式将36031 巷保留下来为邻近的3605 工作面服务，留巷段长度共计850 m。

根据物探以及巷道掘进揭露情况，回采范围内地质构造较为简单，顶底板岩性以坚硬的砂岩、灰岩为主。36031 巷断面为矩形，沿3#煤底板掘进，净宽×净高为5 400 mm×4 500 mm，使用锚网索支护。

2 切顶卸压技术方案

由于3603 综采工作面回采的3#煤层顶板为坚硬的砂岩、灰岩，采空区垮落势必会给留巷段顶板产生较强的压力作用，因此，留巷关键是如何切断采空区顶板与留巷段顶板间的应力传递路径；如何有效地控制留巷段围岩变形。为此，提出采用深孔预裂爆破方式进行切顶，使得工作面采空区顶板可沿着切顶线垮落，使用高强锚索对顶板进行补强，用U 型钢、单体等对顶板进行支护。

2.1 高强锚索超前支护

在3603 综采工作面煤壁前方，即采用高强锚索对顶板进行补强加护，采用的恒阻锚索规格为Φ21.6 mm×16.8 m、变形量最大为350 mm、预先施加的预紧力控制在250 kN，同时，锚索锚固端位于顶板稳定的灰岩中。在36031 巷内共计布置2 排高强锚索，按照1.0 m×2.0 m 间排距施工，其中最外侧高强锚索与采空区间距为500 mm，使用W 钢带连接恒阻锚索，从而提高对顶板岩层变形控制能力。

2.2 切顶爆破卸压

依据3603 综采工作面开采情况、井下设备布置情况以及顶板岩性参数，将切顶爆破卸压钻孔开孔位置布置在距离采空区帮200 mm 位置，并向采空区侧有75°仰角。两个邻近切顶爆破孔间预留一空孔，通过增加切顶爆破自动面，提高切顶爆破效果。

2.2.1 切顶卸压高度H0

根据3603 综采工作面开采的3#煤层顶板岩性参数，确定切顶高度为采面基本顶上边缘位置。采面直接顶（砂岩）厚度h1为3.6 m，基本顶（灰岩）厚度h2为10.6 m，因此切顶高度H0=h1+h2=14.2 m。

2.2.2 钻孔深度H

切顶卸压钻孔施工深度可通过下述经验公式（1）进行计算。

式中：H0为切顶高度，m；α 为切顶爆破孔竖向仰角，（°）；β 为切顶爆破孔水平倾角，（°）。

具体H0=14.2 m、α=85°、β=0°，经计算求得H=14.4 m。

切顶卸压钻孔使用ZQJJ.200/1.8Q 型钻机钻进，具体现场布置的切顶卸压钻孔施工参数见表1 所示。

表1 切顶卸压钻孔施工参数

2.2.3 切顶卸压孔装药结构结构

使用的药卷为煤矿许用三级乳化炸药，规格为Φ30 mm×200 mm、150 g/卷，将单个切顶卸压钻孔装药量控制在2 500 g 左右。

切顶卸压钻孔采用正向不耦合装药结构，具体装药结构见图1 所示。为了便于钻孔装药，在孔内插入3 段PE 管。切顶卸压钻孔内乳化炸药采用炮泥进行分割。封孔长度设计为4.5 m，封孔采用炮泥+水炮泥结构，具体先装入长度400 mm 炮泥，随后装入800 mm 水炮泥，最后再装入3300 mm 炮泥，封孔使用的炮泥应压紧、密实。切顶卸压钻孔内炸药装填完毕后，再次进行检查，确保无误后使用爆FMB.200起爆器，一次起爆一个钻孔。