鄭立軍

(河南焦煤能源有限公司 古漢山礦，河南 焦作 454000)

當(dāng)前煤炭行業(yè)處于結(jié)構(gòu)調(diào)整期，傳統(tǒng)的留設(shè)煤柱、沿空掘巷的開(kāi)采方式不僅在經(jīng)濟(jì)方面不占任何優(yōu)勢(shì)，還造成大量的煤炭資源的浪費(fèi)，由于所留設(shè)的煤柱往往出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，引起巷道圍巖變形破壞，不利于巷道的維護(hù)使用[1]。因此，沿空留巷無(wú)煤柱開(kāi)采技術(shù)是解決上述問(wèn)題的主要方式之一[2，3]，該技術(shù)不僅回收了區(qū)段煤柱，煤炭的浪費(fèi)得以抑制，而且還有利于緩解礦井采掘接替緊張的局面、解決工作面端頭上隅角瓦斯超限的難題，是今后礦井朝著安全高效生產(chǎn)方向的主要變革技術(shù)[4，5]。

傳統(tǒng)的沿空留巷研究主要集中在巷旁充填、混凝土墻體等領(lǐng)域[6]，如康紅普[7]、謝生榮[8]等研究了深部礦井充填沿空留巷圍巖控制機(jī)理。近年來(lái)何滿潮院士及其團(tuán)隊(duì)[9-13]提出切頂短臂粱理論為基礎(chǔ)的切頂卸壓沿空留巷技術(shù)，在薄及中厚煤層、淺埋深條件下的切頂卸壓沿空留巷中的爆破參數(shù)的選取、圍巖結(jié)構(gòu)控制等問(wèn)題的研究比較成熟[14-19]，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用取得不錯(cuò)效果[20-26]。

然而針對(duì)綜放工作面沿空留巷中爆破切頂方面的研究較少，本文以古漢山礦1604綜放工作面沿空留巷為例，理論分析了定向預(yù)裂爆破技術(shù)工藝原理，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)切頂試驗(yàn)中爆破參數(shù)的選取進(jìn)行分析，并確定最佳切頂卸壓方案，對(duì)今后相似情況下沿空留巷中的爆破切頂實(shí)施提供一定的借鑒。

1 工程背景

1.1 1604工作面概況

1604工作面位于16采區(qū)西翼，北為16021采空區(qū)，南為1606工作面(未回采)，西為界碑?dāng)鄬颖Ｗo(hù)煤柱，東為16皮帶下山保護(hù)煤柱，工作面布置如圖1所示。該工作面走向長(zhǎng)度994m，傾向長(zhǎng)度152m。工作面標(biāo)高-564m～-427m，地面標(biāo)高+95.5m～+97.8m，埋深平均602m，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試1604工作面最大水平主應(yīng)力為31MPa，垂直應(yīng)力為18MPa，原巖應(yīng)力較大。煤厚平均5.3m，煤層傾角平均14°，為中硬、穩(wěn)定煤層。該面瓦斯絕對(duì)涌出量為3.3～4.1m3/min，正常涌水量90m/h。采用走向長(zhǎng)壁后退式綜采放頂煤，全部垮落法進(jìn)行處理采空區(qū)頂板的采煤方式。

圖1 工作面布置

1.2 1604運(yùn)輸巷原支護(hù)參數(shù)

1604運(yùn)輸巷沿煤層頂板掘進(jìn)，為梯形斷面，頂板采用鋼筋網(wǎng)、鋼帶、錨桿及錨索聯(lián)合支護(hù)，幫部采用鋼筋網(wǎng)、鋼帶及錨桿聯(lián)合支護(hù)。頂板、幫部錨桿型號(hào)?20mm×2400mm，間排距700/750mm×800mm；頂錨索型號(hào)?18.9mm×7500mm，間排距1600/2000mm×2000mm。采用W型鋼帶將每排錨桿連接起來(lái)，形成整體。網(wǎng)片均用?6mm的鋼筋焊接成鋼筋網(wǎng)，其相互搭接要大于0.1m的長(zhǎng)度，搭接部分要用雙股14#聯(lián)網(wǎng)絲隔孔連接在一起，鋪網(wǎng)時(shí)必須拉緊，緊貼煤壁。

1.3 沿空留巷概況

切頂卸壓沿空留巷技術(shù)主要環(huán)節(jié)有：①在1604工作面前方運(yùn)輸巷道靠近回采幫側(cè)的頂板施工定向切頂鉆孔并進(jìn)行預(yù)裂爆破，主要作用是將巷道和采空區(qū)上方關(guān)鍵巖層間的力學(xué)聯(lián)系切斷，在巷道上方形成短臂梁結(jié)構(gòu)；②采用高強(qiáng)錨索加強(qiáng)巷道頂板的穩(wěn)定性，提升短臂梁結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和承載能力，如有必要也也應(yīng)加強(qiáng)煤柱幫的穩(wěn)定性；③緊跟工作面端頭支架沿切縫位置架設(shè)可伸縮U型鋼、雙層金屬網(wǎng)、擋風(fēng)布等擋矸防護(hù)設(shè)備，自動(dòng)形成采空區(qū)幫，并在留巷段及時(shí)布置單體柱抬棚支撐頂板；④進(jìn)入留巷段后及時(shí)對(duì)巷道礦壓進(jìn)行觀測(cè)分析，以便于對(duì)留巷出現(xiàn)的問(wèn)題及時(shí)提出控制方案；⑤通過(guò)對(duì)留巷的簡(jiǎn)單修復(fù)，適時(shí)逐步取消或減密留巷段的單體柱抬棚支護(hù)，完成留巷。

為了緩解古漢山礦采掘接替緊張、工作面上隅角瓦斯高的問(wèn)題，并且減少巷道掘進(jìn)量、增加煤炭回收率，擬采用切頂卸壓沿空留巷技術(shù)將1604運(yùn)輸巷保留下來(lái)，當(dāng)作1606工作面回風(fēng)巷使用。切頂留巷前需要對(duì)1604運(yùn)輸巷進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，即在頂板和煤柱幫補(bǔ)打高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力錨索，幫部補(bǔ)打錨索用工鋼梁連接。然后在工作面前方靠近回采幫的巷道頂板進(jìn)行預(yù)裂。采空區(qū)幫采用可伸縮工字鋼、雙層金屬網(wǎng)和擋風(fēng)布進(jìn)行擋矸；留巷段采用單體柱抬棚臨時(shí)支護(hù)頂板，如圖2所示。

圖2 工作面柱狀圖及留巷參數(shù)

與以往薄及中厚煤厚、淺埋深等條件下切頂卸壓沿空留巷技術(shù)研究應(yīng)用相比，1604綜放工作面沿空留巷的特點(diǎn)：①煤層厚。煤層厚度平均5.3m，采用綜采放頂煤工藝，盡管端頭部分支架不進(jìn)行放煤，工作面開(kāi)采后空間較大，且上覆巖層結(jié)構(gòu)破斷、垮落運(yùn)動(dòng)仍比較劇烈，對(duì)沿空留巷巷道圍巖穩(wěn)定及控制不利。②埋深大。工作面埋深高達(dá)600m，屬于高應(yīng)力范疇，工作面回采后采空區(qū)懸臂結(jié)構(gòu)是否順利垮落將會(huì)直接影響留巷效果。③計(jì)劃留巷巷道寬度大。研究表明，沿空留巷巷道寬度大于3.5m時(shí)稱大跨度沿空留巷。1604運(yùn)輸巷寬度4.5m，巷道寬度較大的頂板在其中間位置容易出現(xiàn)大范圍的拉應(yīng)力區(qū)，頂板淺部位置的巖層將會(huì)出現(xiàn)不均勻的彎曲變形開(kāi)裂。留巷時(shí)受工作面采動(dòng)、周期性來(lái)壓、采空區(qū)頂板垮落及巷內(nèi)支護(hù)體的共同影響下，巷道頂板將受反復(fù)“頂-壓”擾動(dòng)的作用，將會(huì)對(duì)留巷頂板的控制不利。

2 定向預(yù)裂爆破技術(shù)及影響因素分析

2.1 定向預(yù)裂爆破技術(shù)

切頂卸壓沿空留巷成功實(shí)現(xiàn)的前提條件是將巷道與采空區(qū)上覆關(guān)鍵巖層切斷，出現(xiàn)短臂梁的結(jié)構(gòu)，工作面回采后，采空區(qū)頂板的垮落將會(huì)對(duì)巷道減小影響，其關(guān)鍵技術(shù)則是定向預(yù)裂爆破技術(shù)的實(shí)施。該技術(shù)主要是在爆破鉆孔內(nèi)裝上定向聚能裝置并引導(dǎo)炮孔內(nèi)炸藥爆破時(shí)的方向，將炸藥爆炸能量聚集起來(lái)形成張拉應(yīng)力集中的現(xiàn)象，在巷道頂板預(yù)定切縫方向上使巖層形成斷裂面。定向聚能裝置還可以使炸藥爆破時(shí)對(duì)炮孔除預(yù)定方向外的孔壁減小沖擊作用，因此不會(huì)對(duì)巷道頂板巖層造成破壞[5]。

古漢山礦1604工作面運(yùn)輸巷采用切頂卸壓沿空留巷技術(shù)后，將來(lái)作為1606工作面回風(fēng)巷使用。采用定向預(yù)裂爆破的方法將1604運(yùn)輸巷靠近回采幫側(cè)的頂板與采空區(qū)頂板之間形成預(yù)裂面，待工作面推進(jìn)過(guò)后，采空區(qū)上覆基本頂巖層隨即垮落下來(lái)，不會(huì)對(duì)巷道頂板造成影響，因此預(yù)裂爆破的作用就是切斷巷道與采空區(qū)之間的應(yīng)力聯(lián)系。同時(shí)，緊跟工作面端頭支架沿著切縫線布置擋矸防護(hù)設(shè)備形成采空區(qū)幫，并在留巷段布置單體柱抬棚臨時(shí)支撐頂板。確保了沿空留巷巷道的穩(wěn)定，達(dá)到留巷的目的。

2.2 爆破影響因素分析

沿空留巷是否成功的關(guān)鍵是爆破技術(shù)，而影響爆破效果的關(guān)鍵則是切頂高度、爆破孔間距、爆破孔角度、爆破孔裝藥量及裝藥結(jié)構(gòu)等因素，確定合理的爆破參數(shù)才能確保爆破效果。綜放工作面實(shí)施沿空留巷技術(shù)時(shí)，由于煤層開(kāi)采厚度較大，即便綜放面端頭的支架不會(huì)進(jìn)行放煤，也會(huì)因開(kāi)采厚度較大而引起上覆巖層結(jié)構(gòu)破斷時(shí)產(chǎn)生的劇烈運(yùn)動(dòng)，不可避免地對(duì)沿空留巷產(chǎn)生很大影響。因此爆破參數(shù)的選取是否合理，將直接影響沿空留巷效果。

隨著工作面不斷向前推進(jìn)，當(dāng)采空區(qū)頂板懸露一定面積后出現(xiàn)斷裂，緊隨出現(xiàn)初次來(lái)壓和周期來(lái)壓。受采空區(qū)空間的影響，其頂板在回轉(zhuǎn)下沉過(guò)程中，先在采空區(qū)內(nèi)部與底板接觸，頂板鄰近工作面?zhèn)让罕诘亩瞬坎⒉浑S時(shí)出現(xiàn)破斷，此時(shí)把頂板看作懸臂梁結(jié)構(gòu)[12，13]。而在預(yù)裂切縫后，留巷頂板力學(xué)模型如圖3所示。

圖3 留巷頂板受力模型

2.2.1 切頂高度

切頂高度選取時(shí)應(yīng)考慮兩方面的因素：①切頂卸壓后，采空區(qū)頂板能夠及時(shí)垮落并充實(shí)留巷側(cè)采空區(qū)，對(duì)其頂板起到支撐作用；②應(yīng)充分利用頂板巖層結(jié)構(gòu)特征，盡量將其軟弱層、巖性分層面等弱面當(dāng)作切縫分界面，有利于爆破切頂后頂板及時(shí)垮落，且減弱對(duì)留巷頂板錨索錨固效果的影響[10]。

工作面推過(guò)后，采空區(qū)頂板將會(huì)隨之垮塌，懸臂梁結(jié)構(gòu)將沿切縫面出現(xiàn)回轉(zhuǎn)變形，此時(shí)在切縫面上和切縫未貫穿面上將會(huì)出現(xiàn)回轉(zhuǎn)彎矩MD，因切縫面不能承擔(dān)彎矩，所以未貫穿切縫面將會(huì)承擔(dān)全部的MD。采空區(qū)頂板在回轉(zhuǎn)下沉?xí)r先接觸底板，若要使頂板整體拉斷，則作用在預(yù)裂切縫未貫穿面上的拉應(yīng)力σw為[11]：

σw=MD/W

(1)

(2)

(3)

由上述公式可知，影響σw的關(guān)鍵是預(yù)裂切縫未貫穿面的厚度；切頂高度H0與預(yù)裂切縫未貫穿面上的拉應(yīng)力σw成正比關(guān)系。因此，合理的切頂高度是保證采空區(qū)上覆關(guān)鍵巖層在其自重及頂板下沉所產(chǎn)生的上覆載荷共同影響下出現(xiàn)整體拉斷，為切頂自成巷幫創(chuàng)造條件。因此，切頂留巷技術(shù)中爆破切頂?shù)年P(guān)鍵是切斷基本頂，根據(jù)關(guān)鍵層理論，并結(jié)合煤層綜合柱狀圖，初步判定煤層上方7.6m厚的細(xì)粒砂巖為基本頂，只要切斷細(xì)粒砂巖方可認(rèn)為采空區(qū)垮落后矸石運(yùn)動(dòng)對(duì)留巷的影響不大。

近年來(lái)關(guān)于切頂卸壓沿空留巷技術(shù)的研究較多，并根據(jù)巖層碎脹系數(shù)確定了切頂高度H0臨界公式[27]：

(4)

其中，H煤為煤厚，m；k為煤巖層的碎脹系數(shù)，通常為1.3～1.5。通過(guò)該臨界經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行驗(yàn)證基本頂高度，煤厚5.3m，巖層碎脹系數(shù)取1.45，經(jīng)計(jì)算可得切頂高度H0為11.8m，切頂位置在7.6m厚的細(xì)粒砂巖層位。因此，確定切頂目標(biāo)巖層為細(xì)粒砂巖，切頂高度為12.3m。

2.2.2 爆破孔參數(shù)

1)爆破孔間距。合理的爆破孔間距是切頂留巷中不可或缺部分，如果孔間距過(guò)大，導(dǎo)致炮孔內(nèi)炸藥爆炸時(shí)無(wú)法貫通形成預(yù)裂面，將會(huì)影響爆破切頂效果；如果孔間距過(guò)小，導(dǎo)致施工量增加且對(duì)留巷進(jìn)度造成影響，還使留巷成本提高，將會(huì)失去切頂卸壓沿空留巷降本增效的意義。根據(jù)相關(guān)對(duì)爆破孔間距的統(tǒng)計(jì)分析，爆破孔間距為200～2000mm不等，但基于煤礦沿空留巷項(xiàng)目中切頂爆破鉆孔間距主要是500mm或600mm。因1604運(yùn)輸巷頂板錨桿排距為800mm，如果爆破孔間距選擇500mm或600mm，可能會(huì)出現(xiàn)炮孔位于錨桿鋼帶上的情況，因此確定鉆孔間距為800mm，鉆孔直徑為45mm。

2)爆破孔角度。在工作面回采前，沿巷道頂板邊緣超前工作面一定范圍內(nèi)進(jìn)行預(yù)裂爆破，切斷采空區(qū)側(cè)和頂板側(cè)基本頂巖層之間的應(yīng)力聯(lián)系。如果爆破鉆孔向回采側(cè)偏轉(zhuǎn)角度小，對(duì)留巷頂板穩(wěn)定不利，維護(hù)起來(lái)比較困難；若偏轉(zhuǎn)角度較大，也不利于采空區(qū)頂板垮落。理想的切頂角度應(yīng)充分考慮：①爆破切頂弱面應(yīng)與錨索錨固段留有適當(dāng)?shù)陌踩嚯x，盡量減弱爆破對(duì)頂板錨索支護(hù)的擾動(dòng)影響；②切頂區(qū)域內(nèi)采空區(qū)頂板能沿切縫及時(shí)垮塌，盡量減小頂板垮塌時(shí)對(duì)留巷側(cè)頂板的摩擦作用；③盡量將留巷處于低應(yīng)力區(qū)，對(duì)留巷維護(hù)有利[13]。

工作面推過(guò)后直接頂先垮落，隨后切頂區(qū)域內(nèi)基本頂與切縫面形成三鉸拱結(jié)構(gòu)，關(guān)鍵塊體B產(chǎn)生滑落失穩(wěn)的條件[13]為：

(Tcosα-Rsinα)tanφ≤Tsinα+Rcosα

(5)

經(jīng)簡(jiǎn)化計(jì)算得到：

(6)

爆破孔角度的選取也是切頂留巷中關(guān)鍵因素之一，頂板被切斷且能夠順利垮塌的前提是因直接頂自重、頂板發(fā)生下沉變形而作用到直接頂?shù)纳戏胶奢d而出現(xiàn)剪切影響[16]。由于1604工作面為放頂煤工作面，開(kāi)采空間較大，工作面回采后采空區(qū)頂板垮落矸石比較劇烈，且煤層有一定坡度的傾角，如果爆破孔垂直頂板施工，其鉆孔方向是偏向于煤柱幫，容易造成切縫面出現(xiàn)較大的摩擦阻力，不利于采空區(qū)頂板的垮落且還會(huì)使巷道頂板受力較大，影響卸壓效果。因此爆破孔應(yīng)偏向工作面方向，爆破孔偏向工作面方向的角度越大，采空區(qū)與巷道頂板間的影響越小，二者間的應(yīng)力傳遞越弱；但會(huì)增加爆破孔的深度，增加施工量和人工成本；并且會(huì)造成巷道頂板懸臂結(jié)構(gòu)的面積增加，不利于頂板變形控制。

結(jié)合1604工作面頂板條件，以及該礦17工作面切頂卸壓沿空留巷的經(jīng)驗(yàn)，為確保采空區(qū)上覆巖層能夠及時(shí)垮塌，確定鉆孔傾角α(爆破孔開(kāi)孔方向與煤壁夾角，偏向回采幫)為15°，鉆孔傾角β(爆破孔與水平面之間的夾角，向采空區(qū)方向傾斜)為60°。

3)爆破孔深度?？紤]煤層傾角、鉆孔傾角等因素，鉆孔深度H可通過(guò)如下臨界公式計(jì)算[1，4]：

(7)

式中，H0為目標(biāo)切頂高度，取12.3m；β為鉆孔傾角，取60°；σ為煤層傾角，取14°；c為切縫鉆孔穿透基本頂長(zhǎng)度，取0.1m。經(jīng)計(jì)算得爆破孔深度H為14.7m，取15m。

2.2.3 爆破孔裝藥及封孔結(jié)構(gòu)

定向預(yù)裂爆破時(shí)采用具有雙抗、阻燃抗靜電作用的PE半管，其內(nèi)徑32mm、外徑36mm。爆破選擇礦用三級(jí)水膠炸藥(直徑為32mm，長(zhǎng)200mm，重量200g)，采用水炮泥和炮泥進(jìn)行封孔。

裝藥量將影響炮孔炸藥爆破時(shí)的沖擊能量，進(jìn)而影響預(yù)裂效果[16]。大量現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，炮孔內(nèi)炸藥量過(guò)多，炸藥爆破時(shí)將會(huì)破壞巷道頂板，不利于沿空留巷，并且對(duì)煤與瓦斯突出礦井造成不要的安全隱患；炮孔內(nèi)炸藥量過(guò)少，炸藥爆破沖擊能量小，對(duì)裂縫的擴(kuò)展、貫通不利，起不到預(yù)裂的效果。因此，根據(jù)以往工程實(shí)踐并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)頂板巖性，確定炮孔裝藥集中度為0.4kg/m。按照規(guī)定，深孔爆破時(shí)封孔深度不能小于鉆孔長(zhǎng)度的三分之一，因此封孔長(zhǎng)度為5m，裝藥段為10m，裝藥量4kg，為20卷炸藥。

為了研究是否采用定向預(yù)裂、鉆孔裝藥的結(jié)構(gòu)不一致時(shí)對(duì)爆破預(yù)裂效果的影響，現(xiàn)場(chǎng)采用3種爆破試驗(yàn)方案。方案一采用普通爆破的方式，采用5節(jié)2m長(zhǎng)的PVC圓管裝藥，管內(nèi)裝藥結(jié)構(gòu)為“8+7+5”；方案二采用定向預(yù)裂爆破的方式，采用5節(jié)2m長(zhǎng)的PE半管裝藥，管內(nèi)裝藥結(jié)構(gòu)為“8+7+5”；方案三采用定向預(yù)裂爆破的方式，采用5節(jié)2m長(zhǎng)的PE半管裝藥，管內(nèi)裝藥結(jié)構(gòu)為“8+6+4+2”，如圖4所示。裝藥結(jié)構(gòu)為正向裝藥，炸藥爆破時(shí)使用段別相同的毫秒電雷管，每次起爆炮孔5～15個(gè)。

圖4 不同爆破方案裝藥結(jié)構(gòu)

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果分析

根據(jù)1604運(yùn)輸巷頂板巖性特征，結(jié)合該礦17工作面切頂卸壓爆破工程經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)3種不同爆破方式最終確定合理的爆破方案。按照深孔爆破封孔要求，三種方案封孔長(zhǎng)度均是5m。

3.1 切頂爆破效果分析

為了檢驗(yàn)不同方案爆破切縫效果，采用ZKXG-30礦用鉆孔窺視儀對(duì)預(yù)裂爆破孔內(nèi)裂隙擴(kuò)展情況進(jìn)行窺視，通過(guò)分析確定合理的預(yù)裂爆破方案?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)了3種爆破切頂方案，采用鉆孔窺視儀進(jìn)行了窺視：

1)在采用方案一普通爆破的情況下，爆破鉆孔在炸藥爆破后，孔內(nèi)巖層形不成裂隙而是比較破碎，甚至在窺視過(guò)程中因窺視孔塌孔進(jìn)入不到預(yù)定深度，說(shuō)明巷道頂板上方巖層遭到不同程度的破壞，完整性較差，不利于頂板補(bǔ)強(qiáng)錨索的施工，且使頂板補(bǔ)強(qiáng)錨索無(wú)法起到懸吊的效果。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，該方式下的爆破也對(duì)巷道頂板造成一定的破壞，并且導(dǎo)致該區(qū)域留巷段的頂板下沉較大。因此，該方案達(dá)不到預(yù)期切縫效果。

2)在采用方案二定向預(yù)裂爆破、裝藥結(jié)構(gòu)為“8+7+5”的情況下，鉆孔爆破后，孔內(nèi)形成一定的裂隙，但裂隙成縫率較低，根據(jù)觀測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)得到成縫率僅有51%，不利于切斷巷道頂板上方關(guān)鍵巖層和采空區(qū)頂板及時(shí)垮落，而起不到方案設(shè)計(jì)中要求的爆破效果。

3)在采用方案三定向預(yù)裂爆破、裝藥結(jié)構(gòu)為“8+6+4+2”的情況下，爆破鉆孔爆破后，孔內(nèi)形成明顯的對(duì)稱裂隙，且裂隙發(fā)育也較為明顯，爆破成縫率達(dá)到78%，爆破效果較好，可以達(dá)到爆破切縫的要求。

綜上所述，通過(guò)三種方案的對(duì)比分析，采用定向預(yù)裂爆破、裝藥結(jié)構(gòu)為“8+6+4+2”的方式，能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)切頂預(yù)裂爆破的要求，并且有利于采空區(qū)頂板的及時(shí)坍塌，還保證了巷道頂板的完整性。

3.2 留巷礦壓觀測(cè)效果分析

自1606工作面切眼處開(kāi)始，1604運(yùn)輸巷切頂卸壓沿空留巷試驗(yàn)已超過(guò)800m。留巷前100m進(jìn)行不同方案的試驗(yàn)，再因現(xiàn)場(chǎng)施工工藝的不規(guī)范等綜合因素，導(dǎo)致該區(qū)域留巷段不同程度的出現(xiàn)頂板下沉量大、底鼓嚴(yán)重、煤柱幫幫鼓較大以及采空區(qū)幫擋矸柱發(fā)生彎曲變形等問(wèn)題。通過(guò)采用定向預(yù)裂爆破技術(shù)，改變爆破孔裝藥結(jié)構(gòu)，規(guī)范鉆孔施工及爆破工藝后，通過(guò)對(duì)留巷段的圍巖變形觀測(cè)，頂板下沉平均256mm，底板鼓起量最大368mm，煤柱幫最大變形為124mm，采空區(qū)幫最大變形為214mm；如圖5所示，并且在滯后工作面120m后，巷道變形不再明顯，基本趨于穩(wěn)定。

圖5 典型測(cè)點(diǎn)留巷變形曲線

目前1604工作面回采即將結(jié)束，留巷段巷道圍巖結(jié)構(gòu)基本穩(wěn)定。通過(guò)上述分析可知，定向預(yù)裂爆破技術(shù)在1604綜放工作面沿空留巷中實(shí)施爆破切頂后，可以將采空區(qū)和巷道上方關(guān)鍵巖層間的力學(xué)聯(lián)系切斷[19]，能夠使采空區(qū)頂板沿預(yù)裂弱面及時(shí)垮落，減弱或消除了采空區(qū)頂板在回轉(zhuǎn)下沉過(guò)程中對(duì)留巷頂板造成的擠壓破壞，確保了留巷段圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。因此，在1604綜放工作面實(shí)施定向預(yù)裂爆破切頂沿空留巷技術(shù)后，留巷整體穩(wěn)定性好，滿足安全生產(chǎn)的要求。

4 結(jié) 論

1)切頂卸壓沿空留巷技術(shù)中關(guān)鍵環(huán)節(jié)是預(yù)裂爆破的實(shí)施，不僅可以有效切斷巷道頂板上方基本頂巖層，消除或減弱采空區(qū)上方關(guān)鍵巖層在旋轉(zhuǎn)下沉、垮落過(guò)程中對(duì)巷道造成的影響，并且在保證巷道頂板完整的情況下，使深部巖層沿預(yù)定方向上形成弱面。

2)根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)和理論研究，確定爆破鉆孔深度15m，鉆孔間距800mm，鉆孔開(kāi)孔方向與煤壁夾角為15°，鉆孔傾角60°等爆破參數(shù)，并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，最終確定采用定向預(yù)裂爆破、裝藥結(jié)構(gòu)為“8+6+4+2”的爆破方案，其成縫率高達(dá)78%，裂隙擴(kuò)展比較明顯，未對(duì)巷道表面頂板造成破壞，滿足安全生產(chǎn)要求。

3)古漢山礦1604綜放工作面沿空留巷中采用定向預(yù)裂爆破技術(shù)后，能夠?qū)⑾锏篮筒煽諈^(qū)上覆關(guān)鍵巖層間的應(yīng)力聯(lián)系切斷，爆破效果較好。留巷段頂板平均下沉量為256mm，底鼓量平均為368mm，兩幫收縮平均338mm，工作面后方120m后巷道不再出現(xiàn)明顯的變形，基本達(dá)到穩(wěn)定。說(shuō)明在綜放工作面沿空留巷中實(shí)施定向預(yù)裂爆破技術(shù)是可行的。