宋建軍

(1.山西煤炭運銷集團陽泉有限公司，山西 陽泉 045000；2.山西煤炭運銷集團科學技術研究有限公司，山西 太原 030006)

聚能爆破切頂卸壓是巷道支護技術的一項重大改革。該技術已在很多礦井應用成功，具有減少巷道維修量、降低掘進率及生產(chǎn)成本的優(yōu)點，是未來礦井發(fā)展所需的一項重要技術[1-4]。本次進行切頂卸壓實驗后，對巷道礦壓監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析研究，對聚能爆破切頂卸壓的效果進行驗證。

1 概況

9107工作面井下位于井田南部，北部為9108工作面，東部為采區(qū)回風大巷，西部為礦界保護煤柱。地表地形屬丘陵階地，地面標高1 271 m～1 290 m。井下工作面標高為1 105 m～1 120 m之間，9107工作面煤層埋藏深度為166 m～170 m，該工作面煤層平均厚度3.4 m，煤層傾角平均6°。

9107工作面推進長360 m，工作面切眼傾斜長152 m，回采面積54 720 m2，布置有進風順槽、回風順槽、開切眼三條巷道。地面無公路、耕地、房屋等建構筑物及其它設施。9107進風順槽斷面尺寸為寬4.5 m，高3.15 m，凈斷面積14.175 m2；9107回風順槽斷面尺寸為寬4.5 m，高3.15 m，掘進斷面積14.175 m2；兩順槽均采用W型鋼帶+金屬網(wǎng)+錨桿+錨索聯(lián)合支護。

本煤礦工作面區(qū)段保護煤柱留設20 m以上，但順槽在遇到采動影響時，鄰近工作面開采時側(cè)向支承壓力和現(xiàn)采工作面超前支承壓力在區(qū)段保護煤柱上方及其周圍出現(xiàn)疊加引起應力集中，從而使得區(qū)段保護煤柱及其順槽巷發(fā)生變形、幫鼓、底鼓等現(xiàn)象，增加了巷道維護難度。為解決此類問題，在9107綜采工作面回風順槽實施爆破切頂卸壓，以解決9107回風順槽及相鄰9108工作面進風順槽的動壓影響。

通過切頂卸壓對工作面靠近護巷煤柱側(cè)頂板提前預裂，將懸臂梁切落，以減小懸臂梁上覆荷載及回轉(zhuǎn)變形力，從而切斷或大大減小巖梁傳遞到護巷煤柱和預留巷道內(nèi)的荷載，實驗的效果通過對兩個順槽進行礦壓監(jiān)測進行驗證。

本次礦壓監(jiān)測的內(nèi)容包括9107回風順槽、9108進風順槽頂板離層、頂?shù)装逡平?、支護載荷觀測分析、兩順槽間煤柱內(nèi)應力分布情況。

2 巷道礦壓監(jiān)測方案

9107回風順槽和9108進風順槽長度均為330 m，分別從巷道開口起，布置測站并編號。9107回風順槽和9108進風順槽各布置3組錨桿(索)應力測站，每組布置4套錨桿應力計，頂板2套，兩幫各1套；2套錨索應力計，以觀測錨桿、錨索受力狀態(tài)。

圖1為測站布置示意圖，9107回風順槽200 m處和9108進風順槽300 m處各布置一組煤柱應力計，孔深分別為2 m、4 m、6 m、8 m、10 m，以觀測煤柱內(nèi)應力分布情況。

圖1 測站布置示意圖

觀測系統(tǒng)采用KJ504煤礦頂板在線監(jiān)測系統(tǒng)，在9108工作面進風順槽口布置1臺礦用分站，錨桿錨索支護載荷和煤柱內(nèi)應力變化監(jiān)測共用1臺分站，每兩個小時上傳一次數(shù)據(jù)，每周進行一次數(shù)據(jù)拷貝。

3 礦壓數(shù)據(jù)分析

從圖2中可以看出，9107回風順槽100 m處綜合測站內(nèi)，錨桿(索)應力計安裝后的初始應力值均變化不大。第一階段從2018年1月23日至6月23日，呈極緩慢上升態(tài)勢，測站內(nèi)煤柱幫幫錨桿應力為17 kN～24 kN；靠煤柱幫頂錨桿應力為11 kN～13 kN；靠煤柱幫頂錨索應力達到22 kN～28 kN；靠回采幫頂錨索應力達到17 kN～24 kN；靠回采幫頂錨桿應力為7 N～10 N；回采幫錨桿應力達到5 kN～7 kN。第二階段自2018年6月24日開始至7月16日，當工作面推進至回風順槽200 m時，測站斷面內(nèi)錨桿、錨索的應力開始上升，至7月16日，工作面回采至回風順槽145 m處時，煤柱側(cè)幫錨桿應力達到43 kN；靠煤柱幫頂錨桿應力達到20 kN；靠煤柱幫頂錨索應力達到39 kN；靠回采幫頂錨索應力達到31 kN；靠回采幫頂錨桿應力達到20 kN；回采幫錨桿應力達到9 kN。

圖2 9107工作面回風順槽100 m處測站監(jiān)測曲線

從圖3中可以看出，第一階段從2018年1月23日至6月15日，呈極緩慢上升態(tài)勢，測站內(nèi)煤柱幫幫錨桿應力為20 kN～25 kN；靠煤柱幫頂錨桿應力為4 kN～5 kN；靠煤柱幫頂錨索應力為34 kN～38 kN；靠回采幫頂錨索應力達到19 kN左右；靠回采幫頂錨桿應力為4 kN～8 kN；回采幫錨桿應力達到2 kN～5 kN。第二階段自2018年6月16日開始至6月24日，當工作面推進至回風順槽235 m時，測站斷面內(nèi)錨桿、錨索的應力開始上升，至6月24日，煤柱側(cè)幫錨桿應力達到42 kN；靠煤柱幫頂錨桿應力達到4 kN；靠煤柱幫頂錨索應力達到42 kN；靠回采幫頂錨索應力由18 kN降低至10 kN；靠回采幫頂錨桿應力達到10 kN；回采幫錨桿應力達到17 kN。

從圖4中可以看出，第一階段從2018年1月23日至4月10日，呈極緩慢上升態(tài)勢，測站內(nèi)煤柱幫幫錨桿應力為12 kN～16 kN；靠煤柱幫頂錨桿應力為12 kN～16 kN；靠煤柱幫頂錨索應力為34 kN～38 kN；靠回采幫頂錨索應力為31 kN～34 kN；靠回采幫頂錨桿應力為9 kN～11 kN；回采幫錨桿應力達到12 kN～16 kN。第二階段自2018年4月11日開始至5月24日，當工作面推進至回風順槽285 m時，測站斷面內(nèi)錨桿、錨索的應力開始上升，至5月24日，煤柱側(cè)幫錨桿應力達到24 kN；靠煤柱幫頂錨桿應力達到34 kN；靠煤柱幫頂錨索應力達到50 kN；靠回采幫頂錨索應力達到50 kN；靠回采幫頂錨桿應力達到11 kN；回采幫錨桿應力達到16 kN。

圖3 9107工作面回風順槽200 m處測站監(jiān)測曲線

圖4 9107工作面回風順槽300 m處測站監(jiān)測曲線

從第123頁圖5中可以看出，從2018年1月23日至6月24日，呈極緩慢上升態(tài)勢，測站內(nèi)煤柱幫幫錨索應力為8 kN～13 kN，近煤柱幫頂錨索應力為9 kN～14 kN，遠煤柱幫頂錨索應力為48 kN～50 kN，遠回采幫頂錨索應力為12 kN～16 kN，近回采幫頂錨索應力為11 kN～14 kN，回采幫錨桿應力達到4 kN～9 kN。

從第123頁圖6中可以看出，從2018年1月23日至6月24日，呈極緩慢上升態(tài)勢，測站內(nèi)煤柱幫幫錨索從1月23日至6月8日應力為76 kN～82 kN，但是6月9日9107工作面回采至回風順槽250 m處時，應力開始顯著增大，至6月24日達到108 kN；近煤柱幫頂錨索應力為60 kN～67 kN；遠煤柱幫頂錨索應力為54 kN～60 kN；遠回采幫頂錨索應力為62 kN～70 kN；近回采幫頂錨索應力為52 kN～61 kN；回采幫錨桿應力達到7 kN～15 kN。

圖5 9108工作面進風順槽100 m處測站監(jiān)測曲線

圖6 9108工作面進風順槽200 m處測站監(jiān)測曲線

從圖7中可以看出，從2018年1月23日至6月24日，呈極緩慢上升態(tài)勢，測站內(nèi)煤柱幫幫錨索從1月23日至5月24日應力為30 kN～43 kN，但是5月24日9107工作面回采至回風順槽270 m處時，應力開始顯著增大，至6月24日達到205 kN；近煤柱幫頂錨索應力為31 kN～55 kN；遠煤柱幫頂錨索應力為45 kN～70 kN；遠回采幫頂錨索應力為44 kN～61 kN；近回采幫頂錨索應力為55 kN～65 kN；回采幫錨桿應力達到4 kN～74 kN。

從圖8中可以看出，從2018年1月23日至6月24日，測站區(qū)域煤柱內(nèi)2 m、4 m、8 m、10 m處煤柱應力變化不大，數(shù)值增長幅度在0.1 MPa～0.3 MPa左右；6 m處煤柱應力在6月19日，9107工作面回采至回風順槽225 m處，數(shù)據(jù)開始出現(xiàn)增長，至6月24日，9107工作面回采至回風順槽200 m處，達到9.3 MPa。

由圖9可知，從2018年1月23日至6月24日，測站區(qū)域煤柱內(nèi)2 m、6 m、8 m處煤柱應力變化不大，數(shù)值增長幅度在0.1 MPa～0.2 MPa左右；4 m處煤柱應力在1月26日，9107工作面回采至回風順槽300 m處，數(shù)據(jù)開始出現(xiàn)增長，至6月8日，9107工作面回采至回風順槽250 m處，達到1.3 MPa；至6月23日，9107工作面回采至回風順槽200 m處，降低至1 MPa，趨于穩(wěn)定狀態(tài)。10 m處煤柱應力在4月10日，9107工作面回風順槽285 m處，數(shù)據(jù)開始出現(xiàn)增長，至5月30日，9107工作面回采回風順槽265 m處，達到4.4 MPa；至6月8日，9107工作面回采回風順槽255 m處，降低到2.5 MPa；至6月10日，9107工作面回風順槽245 m處，又升高至7.1 MPa，至6月23日，應力呈逐漸下降趨勢，降低至2.5 MPa。

圖7 9108工作面進風順槽300 m處測站監(jiān)測曲線

圖8 9107工作面回風順槽200 m處煤柱應力監(jiān)測曲線

圖9 9108工作面進風順槽300 m處煤柱應力監(jiān)測曲線

4 結(jié)論

1) 根據(jù)錨桿(索)受力載荷變化情況可知，9107綜采工作面回風順槽掘進期間安裝錨桿、錨索的預應力較小，受采動影響超前回采工作面35 m即有明顯應力增長。

2) 因9107工作面采用了爆破切頂卸壓工藝，9108工作面進風順槽頂錨索、回幫錨桿受采動影響后，錨索、錨桿的受力變化不大，頂錨索的受力增長幅度較小，受動壓影響不明顯；但煤柱幫的錨索受力變化比較明顯，在9108進風順槽200 m處，煤柱幫錨索受力最大達到250 kN，因此，煤柱幫受動壓影響較明顯。

3) 9107、9108工作面之間留設有25 m的保安煤柱，從煤柱應力監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，煤柱內(nèi)受采動影響應力變化穩(wěn)定，煤柱內(nèi)9108進風順槽側(cè)內(nèi)10 m處左右為應力最高區(qū)域，受采動影響后最大值為7.1 MPa，最小值為2.5 MPa。

4) 采用爆破切頂卸壓工藝后，綜合分析9107回風順槽、9108進風順槽錨桿錨索受力載荷和煤柱應力變化數(shù)據(jù)，建議在今后的工作面布置時，可將煤柱適當縮小。