预裂切顶卸压技术在王庄煤矿6212工作面的应用

2019-10-11董亮亮

煤 2019年9期

董亮亮

(潞安环能股份公司王庄煤矿，山西长治 046031)

1 工程概况

王庄煤矿经过五十多年的开采，开采深度已达四百多米，进入深部开采阶段。工作面回采巷道普遍矿压显现明显，围岩变形大，支护困难，给矿井安全生产带来严重的隐患。

6212工作面与6208工作面相邻，两工作面之间留设5 m保护煤柱，如图1。两个工作面都已完成部分回采：6212工作面可回采长度850 m，已经回采650 m，还剩200 m未回采；6208工作面可回采长度1 080 m，已经回采800 m，还剩280 m未回采。6208工作面为示范工作面，6208工作面回风巷受6212工作面采动影响，顶底板最大移近量约1 502 mm，两帮最大移近量约2 087 mm，巷道变形收缩严重，维修工程量大，如图2。为确保6208工作面回风巷稳定，决定在6212工作面回风巷中进行预裂切顶卸压，在试验期间6208工作面处于停采状态，6212工作面继续回采。

2 围岩变形机理分析

6212工作面回采过程中，侧向支承压力和超前支承压力与6208工作面侧向支承压力和超前支承压力相互叠加，导致支承压力的分布范围和峰值增大。凸出角处叠加支承压力值最大，应力集中系数可达5～6，因此在此段巷道围岩变形最大。

1) 6208工作面和6212工作面回采间隔时间短，相邻6208采空侧顶板处于悬顶状态，没有触矸接底，附加载荷大。

2) 煤柱宽度为5 m，受6208工作面和6212工作面两次采动的影响，煤柱破碎，支撑力不足。

图1 6212工作面平面布置

图2 6208工作面回风巷变形

3 预裂切顶卸压围岩控制原理及技术

3.1 预裂切顶卸压围岩控制原理

通过对围岩变形分析可知，6212工作面采空区靠近6208回风巷侧顶板处于悬顶状态，造成6208回风巷围岩应力集中。通过对6212回风巷切顶，释放采空区顶板，使垮落顶板矸石充填采空区，支撑上覆岩层下降，从而减小6208回风巷围岩附加载荷。

3.2 预裂切顶卸压技术方案

1) 超前支护。在施工炮孔前，需对6212回风巷进行超前支护。现场采用“一梁三柱单体柱+π型梁”进行支护，超前支护距离不小于50 m，棚距为800 mm。采用对穿锚索对煤柱帮进行超前加固，锚索长度为6 m。

2) 炮孔参数及布置方式。如图3所示，炮孔深度19 m，钻孔直径55 mm，炮孔倾角65°(钻孔向6212采空区方向偏转25°，即仰角为65°)。施工炮孔时从距离62上皮水仓口11 m处开始至6212工作面停采线为止，施工范围共100 m。施工炮孔时距6212回风巷外帮1m，共施工31个钻孔，钻孔间距3.3 m。

3) 药卷参数及装药方式。炸药选用三级煤矿许用乳化炸药，药卷规格为D35 mm×300 mm，导爆索直径为5 mm。炮孔施工完成后，在炮孔中安装PVC聚能管。聚能管内径46 mm，外径50 mm；聚能管进行对穿打孔，孔径4 mm，间距为8 mm；聚能管安装时使聚能缝沿巷道轴向。

炮孔装药系数0.55，炮泥系数0.45，装药长度为10.5 m，封孔长度为8.5 m。炮孔装药量每孔11.5 kg。装药时，先将导爆索与药卷用透明胶带粘在一起，粘贴过程中要保证药卷与导爆索成直线，便于顺利装入聚能管。将药卷粘贴够10.5 m后开始装入聚能管，聚能管由两节4 m和一节2.5 m组成，每节聚能管之间要用专用接头接牢固。

将炸药全部装入炮孔后开始封孔，封孔长度8.5 m，封孔采用专用炮土封孔，封孔要封严实。

4) 爆破方式。封孔完成后，采用双雷管，双导爆索引爆，电雷管采用矿用8号普通瞬发电雷管，导爆索采用矿用导爆索，引爆时每次引爆三个炮孔即每次引爆10 m，引爆完10 m后工作面开始回采，待工作面回采够10 m后再进行下一循环爆破，试验区100 m分10次爆破。

图3 预裂切顶炮孔布置

4 预裂切顶卸压效果监测

利用“十字交叉法”对巷道顶底板及两帮位移量进行监测，结果如图4、图5所示。

图4 未切顶段6208工作面回风巷变形观测

由图4可知：受6212工作面回采影响，相邻6208工作面回风巷顶底板最大移近量为1 502 mm，两帮最大移近量为2 087 mm。巷道变形大，围岩不稳定。

图5 切顶段6208工作面回风巷变形观测

由图5可知：受6212工作面回采影响，同时6212工作面回风巷进行预裂切顶，6208工作面回风巷顶底板最大移近量为692 mm，两帮最大移近量为898 mm。顶底板平均移近量减小810 mm，减幅53.92%；两帮平均移近量减小1 189 mm，减幅56.97%。巷道围岩变形大幅减小，说明预裂切顶卸压后，有效的控制了6208工作面回风巷围岩的变形。