(山西保利鐵新煤業(yè)有限公司 山西 晉中 031302)

一、前言

切頂留巷的施工方法對(duì)于整個(gè)支護(hù)作業(yè)來(lái)說(shuō)很重要，頂板比較完整時(shí)，施工要按照工作面超前打眼→裝藥、封孔→打注漿錨桿→爆破→加強(qiáng)支護(hù)→巷旁支護(hù)→工作面割煤→工作面超前打眼的順序進(jìn)行；在頂板破碎時(shí)，施工按照工作面超前打眼→加強(qiáng)支護(hù)→裝藥爆破→巷旁支護(hù)→工作面割煤的順序來(lái)進(jìn)行。加強(qiáng)支護(hù)選擇錨注支護(hù)，利用注漿錨桿向頂板注漿充填裂隙，膠結(jié)頂板，巷旁支護(hù)根據(jù)采空區(qū)管理需要可選擇單體支柱、粉煤灰袋和巷旁充填的方式。

二、切頂卸壓技術(shù)分類

(一)主動(dòng)切頂。所謂主動(dòng)切頂，就是采用爆破手段，沿走向?qū)⑾锏啦煽諈^(qū)一側(cè)的頂板切落，它分為采前切頂和采后切頂。所謂采前切頂是指在工作面前方機(jī)巷內(nèi)，沿巷道上幫的頂板在走向上形成一條有一定深度的預(yù)裂爆破的裂縫，待巷道進(jìn)入采空區(qū)后方時(shí)，采空區(qū)內(nèi)的頂板在自重作用下沿預(yù)裂爆破形成的弱面切落下來(lái)，這類方法如中國(guó)礦大的預(yù)裂聚能爆破切頂成巷技術(shù)[1]。采后切頂是指在工作面后方，沿巷道采空區(qū)側(cè)，采用爆破手段放頂，使懸露的直接頂板切落下來(lái)。采前切頂比采后切頂?shù)男Ч?，主要是采前預(yù)裂爆破時(shí)，頂板完整且尚未離層移動(dòng)，到工作面后方時(shí)，頂板能及時(shí)切落并消除對(duì)巷內(nèi)支護(hù)體的多余載荷，巷內(nèi)頂板受力和變形小。

(二)被動(dòng)切頂。所謂被動(dòng)切頂就是利用剛度高、承載力大的巷旁支護(hù)體對(duì)巷旁頂板提供一個(gè)較大的切頂阻力，使采空區(qū)側(cè)的頂板產(chǎn)生拉剪式破壞并切落下來(lái)。這種切頂方法效果不好，原因如下：

一是切頂支護(hù)體的安放滯后工作面，這時(shí)直接頂乃至老頂已經(jīng)離層和下沉，使巷道變形量增大。二是切頂支護(hù)體是被動(dòng)受力。首先是直接頂?shù)碾x層和下沉并將直接頂載荷作用在切頂支護(hù)體上，但初期僅直接頂?shù)妮d荷還難于切落頂板，因此往往初期直接頂在采空區(qū)后方還懸露較長(zhǎng)時(shí)間和范圍。后期隨著老頂?shù)臄嗔押突剞D(zhuǎn)下沉并將載荷作用在直接頂上，隨著頂板壓力的增大，直接頂在采空區(qū)切落下來(lái)，這時(shí)老頂?shù)牡谝粩嗫诓⒉辉谇许斨ёo(hù)體上方，而在下幫煤璧附近或在巷道控頂區(qū)上方，老頂以煤璧為支撐點(diǎn)向下回轉(zhuǎn)，而巷旁切頂支護(hù)物類似于杠桿原理的一個(gè)支點(diǎn)，將受到很大壓力作用，往往造成巷旁支護(hù)體的大變形和破壞。但該技術(shù)是沿走向在靠采空區(qū)一側(cè)的頂板施工一排錨索，施工得越早效果越好，利用錨索將直接頂與老頂緊密連接在一起，在錨索切頂面上形成較大的拉應(yīng)力和剪應(yīng)力，使直接頂及時(shí)切落下來(lái)。切落前的直接頂載荷主要由老頂巖梁結(jié)構(gòu)承擔(dān)，減輕了巷內(nèi)和巷旁支護(hù)體的受力，這是一種較好的被動(dòng)切頂方法。

三、采場(chǎng)基本頂沿裂斷規(guī)律分析

(一)采場(chǎng)基本頂沿走向方向。采場(chǎng)上覆巖層的破壞是由上而下逐漸產(chǎn)生的，通常需要離層、沉降、斷裂、冒落的發(fā)展過(guò)程。在此過(guò)程中圍巖支撐應(yīng)力會(huì)隨著重新分布，產(chǎn)生的應(yīng)力變化會(huì)在支護(hù)體和巷道圍巖表現(xiàn)出來(lái)。頂板斷裂規(guī)律和其受力狀態(tài)有著直接關(guān)系，而在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際觀察中很難觀察到除直接頂以外的上覆巖層運(yùn)動(dòng)規(guī)律[2]。

經(jīng)典采場(chǎng)覆巖破壞規(guī)律與支承壓力分布關(guān)系可以反映出工作面開采以后，從三維及二維不同角度的覆巖發(fā)育情況。煤層采出后，圍巖應(yīng)力重新分布，作用在煤層、巖層和矸石上的垂直壓力稱為“支承壓力”。準(zhǔn)確合理的計(jì)算或預(yù)計(jì)出工作面采場(chǎng)周圍支承壓力分布規(guī)律與范圍，對(duì)相鄰巷道合理的開挖位置及時(shí)間、采場(chǎng)支護(hù)方式選擇、估計(jì)地表沉陷范圍及由支承壓力影響造成動(dòng)力災(zāi)害事故預(yù)防都具有非常重要的工程應(yīng)用意義。在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐及理論研究中表明，水平開采時(shí)，采場(chǎng)推進(jìn)至需控巖層初次來(lái)壓結(jié)束期間的支承壓力的變化可劃分為以下三個(gè)階段：

(1)單一彈性分布階段。在該階段，基本頂壓力隨著采場(chǎng)推進(jìn)逐漸增加，并傳遞至煤層上。因煤體中各點(diǎn)的壓力沒(méi)有達(dá)到煤體的破壞極限，此時(shí)在煤壁內(nèi)的整個(gè)煤層都處于彈性壓縮狀態(tài)下，支承壓力分布是一條高峰在煤壁前方一定范圍的單調(diào)下降曲線。

(2)塑性破壞區(qū)的分布階段。從煤壁支承壓力變化到基本頂巖梁端部出現(xiàn)斷裂為止。進(jìn)入該階段，煤壁所承受得應(yīng)力達(dá)到其強(qiáng)度極限值，煤體開始破壞同時(shí)支承性能降低，煤體上支承壓力分布劃分成2個(gè)區(qū)間：在塑性區(qū)(煤體完全破壞)壓力逐漸上升，在彈性區(qū)壓力則單調(diào)下降，彈塑性區(qū)的交界處為壓力高峰位置。

(3)出現(xiàn)內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)的分布。巖梁端斷裂后，以斷裂線為界支承壓力分布明顯地分為兩個(gè)部分，即在斷裂線與煤壁之間由拱內(nèi)己斷裂巖梁自重所決定的“內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)”，以及在斷裂線外由上覆巖層整體重量所決定的“外應(yīng)力場(chǎng)”。

(二)采場(chǎng)基本頂沿傾向方向。以往對(duì)采場(chǎng)上覆巖層運(yùn)動(dòng)規(guī)律，我們大多只關(guān)注于推進(jìn)方向的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，對(duì)兩側(cè)頂板關(guān)注很少，但隨著綠色開采、提高回采率的提出，沿空留巷技術(shù)的逐漸應(yīng)用，側(cè)向頂板巖層運(yùn)動(dòng)規(guī)律研究日漸被重視。側(cè)向頂板巖層移動(dòng)會(huì)明顯影響沿空留巷巷道應(yīng)力和圍巖變形。側(cè)向頂板結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性時(shí)，應(yīng)用關(guān)鍵層理論的原理和方法來(lái)分析是適宜的。按照上述理論，基本頂是對(duì)沿空留巷穩(wěn)定性影響最大的巖層，也就是說(shuō)基本頂?shù)倪\(yùn)動(dòng)規(guī)律對(duì)沿空留巷側(cè)向頂板的穩(wěn)定情況起著至關(guān)重要的作用。在工作面的回采后，采空區(qū)基本頂初次以“O-X”，形勢(shì)破斷垮落[3]。

四、沿空留巷技術(shù)難點(diǎn)問(wèn)題

無(wú)煤柱開采是一項(xiàng)先進(jìn)高效的開采技術(shù)，在我國(guó)各種煤層條件都得到過(guò)實(shí)驗(yàn)應(yīng)用，但是效果都不盡理想，使得此項(xiàng)技術(shù)發(fā)展受到了制約，還需要進(jìn)一步深入研究發(fā)展，其表現(xiàn)出來(lái)的主要問(wèn)題有：

(1)傳統(tǒng)沿空留巷技術(shù)忽略了巷內(nèi)支護(hù)對(duì)巷道的影響以及巷幫煤體對(duì)巷道頂板的影響，僅考慮巷旁支護(hù)體與頂板的支護(hù)關(guān)系。

(2)不同直接頂厚度在切斷時(shí)的狀態(tài)研究不足，不同頂板條件巷旁支護(hù)阻力和支護(hù)參數(shù)確定研究不足，需要對(duì)不同頂板條件進(jìn)行分類計(jì)算，得出巷旁支護(hù)體的支護(hù)阻力，才能指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐。

(3)巷旁充填體上覆頂板的承載性能研究不夠深入。以前對(duì)巷旁支護(hù)研究主要是巷旁支護(hù)體的支護(hù)阻力，但對(duì)頂板的破斷規(guī)律、沿空留巷充填體上覆頂板承載性能、載荷傳遞特征、與墻體剛度的匹配性研究都不多，而通過(guò)眾多現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐證明，充填體上覆頂板的承載性能對(duì)沿空留巷成功與否起關(guān)鍵的作用。

(4)以往數(shù)值模擬多為二維，而沿空留巷為三維問(wèn)題，二維不能正確的反應(yīng)巷道圍巖受力和頂板下沉情況，應(yīng)更多的采用三維建模進(jìn)行數(shù)值模擬。

五、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，切頂卸壓沿空留巷技術(shù)，避免了留設(shè)煤柱造成的資源浪費(fèi)，提高資源回收率，減小采掘比，提高生產(chǎn)效率；減小巷道掘進(jìn)及返修工程量，簡(jiǎn)化工作面端頭維護(hù)工作量，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，能取得顯著的社會(huì)效益。