薄煤层坚硬顶板切顶卸压沿空留巷技术研究

薄煤层坚硬顶板切顶卸压沿空留巷技术研究

余安成

摘要：在薄煤层坚硬顶板开采的过程中，顶板岩层不容易垮落，但是在开采中受到的矿压影响比较明显，不利于开展沿空留巷工作。本文通过对某矿的深度剖析，确定了沿空留巷采煤技术在采煤工作面上的应用。经分析，认为聚能法的采顶卸压作业是安全的，可以确保沿空留巷采顶卸压技术的成功实施。

关键词：薄煤层；坚硬顶板；切顶卸压技术

前言

薄煤层沿空留巷技术在应用过程中可以有效解决薄煤层开采过程中的煤柱留设、巷道掘进量比较大、煤炭开采率低等各项问题，是绿色开采和科学开采是煤矿安全生产的重要发展趋势，对促进煤矿安全生产和安全生产具有重要意义。本文认为，煤矿安全生产是煤矿安全生产的重要组成部分，对煤矿安全生产具有重要意义。当顶板是一个坚固而又稳固的顶板时，开采后的顶板不会轻易崩塌，甚至有可能形成大面积的悬顶。这将引起沿空留巷的充填物和周围的岩层发生不同程度的变形、破坏。为此，必须在沿巷充填层施工前，采用切顶卸压工艺，对沿巷充填层施工。近年来，国际上在顶切卸压沿空技术方面取得了较大进展，建立了相应的理论模型，对顶切卸压沿空留巷中的应力传递规律进行了较为深刻的解析。并与采煤工作面的实际条件相联系，掌握了采煤与放顶煤的有关机理，从而为保证采煤与放顶煤与放压条在沿空留巷中的成功应用打下了坚实的基础。

1薄煤层坚硬顶板矿场概况

在本次研究过程中对某煤矿中某工作面1、工作面2的实际情况进行分析，确定为薄煤层沿空留巷工作面，全采区1号坡长为180 m，坡度为1900 m。该采区的采煤面层厚1.1~1.4 m，为薄煤层，采区内的煤层埋深80~175 m，倾斜角度小于2°，接近水平。1号采煤胶运巷的沿空留巷作为2号采煤风巷。沿着煤层顶板坡底进行掘进施工，巷道的净宽为5.7米，净高为3米。

2切顶卸压沿空留巷技术实施情况

2.1切顶卸压机制

在解析中，必须对边壁支撑体之上的三角板破裂特性和错动规律进行详细解析，才能精确把握沿空留巷后巷道围岩的应力场。当顶板岩体强度不高，整体质量不高时，极易发生塌方。所以，填满采空区，支持覆岩，既能控制基础顶的旋转下沉，又能将高应力向煤层深处传递，保证沿空巷的稳定[1]。在硬顶煤开采过程中，由于开采过程中工作面不易发生塌陷，将出现阶梯式的长悬挑构造。随着工作面开采率的提高，其悬空区域将进一步扩大，使得边坡及真实煤的顶板处于高应力状态。另外，由于自身重力的影响，当悬空高度到达最大值时，极易发生剪力破坏。因此，沿空巷道内小型结构所承受的动态载荷相对较大，使巷道壁面发生严重的变形，严重时还可能引起边坡充填物的不稳定，引发动力灾难。增加了支撑费用。为此，在沿空留巷开采前，必须对其顶板硬质地层采用双向张拉聚能爆破工艺进行预裂化处理。该方法可在留巷后产生持续的弱化构造，并可有效地改变采空区上覆岩的移动模式，从而诱导采空区侧顶在周期性来压作用下沿着软化构造发生破裂，从而产生一种更短小的“悬臂”构造。并能截断煤层间的压力传导，降低上覆载荷及顶板旋动力，保证留巷在泄压区内，对增强巷道总体稳定起到了有益的效果[2]。

2.2沿空留巷聚能切顶卸压技术的具体参数

在沿空留巷采煤技术的实际运用中，还需进一步改进有关的技术指标及技术。当前，对采空区采空区进行采空区开采的工艺参数，包括采空区钻孔深度、钻孔间距、钻孔角度等；其中，装药结构、装药量、起爆方法等是影响起爆效果的主要因素。为了判断顶板破断的完整度，在选择爆破井眼时，要考虑到软面间摩擦系数的变化，从而判断出顶板破断的程度。另外，根据顶板的岩石性质以及实际的工作条件来决定爆破的高度，本次爆破时，高度为70度，采用垂直巷面爆破。深度会影响切顶卸压高度，以煤层顶板的厚度和岩性为依据，确定切顶高度10.7米，炮孔深度11.5米，封闭的长度为孔深的25%-30%。

从对填充物的防护角度出发，结合以往的施工实践，选择了4 m深封闭孔口。不同的间距对预裂割的作用也有不同的作用，间距太大，顶部的卸压作用减弱。而过小时则会造成顶板围岩整体结构的破坏，不能确保巷道的稳定。在实际的爆破施工中，要将其与强度结合起来，通过爆破实验进行优化，获得精确、合理的爆破孔距[3]。

2.3切顶卸压技术应用效果

在实际操作中，为确保爆炸间隔的准确性和安全性，根据该项目现场的具体情况，一共进行了3个试验，孔间隔为700 mm,600 mm,500 mm。在比较分析三种方案的时候，都使用了5根1.5米的长聚能管，使用水沙袋根据泡泥来进行封孔工作，封孔长度为4米，每一种施工方案都要完成9个钻孔施工，爆破5个钻孔。在爆炸结束后，利用井眼监视器对井眼进行了检查，并对井眼进行了检查。对炮孔中爆破孔内的裂缝展开检测，进而对预裂爆破的实际效果进行精确评估，确定爆破孔间距。

在进行了实验分析之后，在以爆炸后钻孔形态变化和冒烟情况为依据，完成了对导向孔以及邻孔冒烟情况的判定之后，对爆破后的钻孔导通情况展开了分析，结果表明，在爆炸后，不同的空孔都出现了冒烟的现象，而且，导向孔的冒烟量比较大，持续的时间也更长。在全部爆炸完毕后，只有少数几个孔炮泥喷出，其它几个爆炸孔没有破碎，也没有出现显著的裂隙。也就是说，没有对围岩造成较为显著的破坏，也不会出现抛掷性漏斗，满足了安全施工的需要。

在完成钻探之后，我们发现500 mm的爆破孔中，在孔底距0.66-7.48米之间有比较多的纵缝，并且呈均匀分布，岩石的整体性比较差。而600 mm以上的炮眼，在炮眼底部0-7.5 m范围内，则是破碎区，在炮眼周围，炮眼周围存在着许多节理裂缝，裂缝之间存在着不连续性，并存在着一些纵缝，这些纵缝呈对称状。700 mm炮眼的完整性很好，破裂面积很少，在7.5 m处有两个对称的纵缝，所以700 mm的炮眼间隔，裂缝的扩大程度也很弱。将爆炸费用计算在内，最后采用600 mm的爆炸孔径距。

结束语

总之，薄煤层坚硬顶板切顶卸压沿空留巷技术应用过程中需要根据煤层的实际情况对具体的确定聚能爆破实施方案进行确定。在本次研究过程中确定爆破方案中炮孔仰角为70°，封孔长度为4米，孔间距为600毫米，这样才能最大限度地保证爆炸效应，才能保证沿空留巷采顶卸压工艺的成功开展。

参考文献：

[1]张宏伟.坚硬厚层顶板工作面切顶卸压沿空留巷技术研究[J].山西煤炭管理干部学院学报, 2022(002):035.

[2]郭靖.煤矿坚硬厚层顶板沿空留巷工作面切顶卸压技术研究[J].能源与节能, 2022(11):100-103.

[3]孙佳辉.坚硬顶板条件下爆破切顶卸压沿空留巷参数优化研究[J].石油石化物资采购, 2022(6):3.