摘要：煤炭依然是我国工业的主要能源之一，因此研究沿空留巷对提高煤炭资源回采率具有重要意义。在我国北方地区一些大型煤炭企业对沿空留巷的研究已经确定很大成绩，但是预裂爆破切顶技术在沿空留巷中的应用研究较为缺乏。基于此，本文主要以东笋煤矿为例对沿空留巷顶板预裂爆破机理进行分析探讨。
关键词：沿空留巷；顶板预裂；爆破机理
1、预裂爆破切顶原理
东笋煤矿2410工作面超前压力范围为15m，为消除2410工作面超前压力对试验段施工时的干扰，2410工作面推采到试验段前20m范围，对即将进行切顶卸压段的巷道打锚索对顶板进行加固支护，然后对将进行切顶卸压段的巷道进行顶板预裂爆破定向切缝，切断预留巷道与采空区顶板在一定深度内的联系，顶板定向预裂爆破的巷道逐步进入采空区，利用老顶来压，采空区顶板断裂下沉，自动成巷。
2、预裂爆破切顶技术在沿空留巷中的具体应用
2.1设计思路
沿空留巷的主要目的是保留原来巷道，尽量控制顶板下沉和巷道变形，而工作面在推采过程中，采空区顶板不断垮落，对沿空留巷巷道顶板压力影响很大，如果在工作面超前压力来之前，人为地将采空区顶板与沿空留巷顶板的压力直接切断，这样就可以很好地控制沿空留巷顶板，使得巷道可以相对完好地保留下来。预裂定向爆破的作用就是预先切断工作面顶板和巷道顶板的直接联系，沿巷道走向在顶板定向切缝，达到切断预留巷道与采空区顶板在一定深度内的联系。而为了取得较好的定向切缝效果，特制的聚能导爆管与辅助眼起到了关键的作用。
2.2技术方案
2.2.1试验巷道的确定
东笋煤矿2410工作面开采煤层埋深370～400m，煤层赋存教稳定，煤层厚度1.1～1.4m，平均厚度1.3m。倾角2°～10°。煤层直接顶为泥岩或岩质粘土，岩性松软，岩层硬度系数为2～3，成整合层理结构，平均厚度3m。老顶为沙质泥岩，平均厚度16m。直接底为岩质粘土平均厚度3m。老底为岩质粘土平均厚度12m，2410进、回风巷断面为梯形。宽3.6m，高2.6m，采用锚网支护。故该巷道具有较强的代表性，能更好地反应试验的真实成果，以便以后应用推广。
2.2.2顶板支护的设计
（1）巷内基本支护：沿用巷道原来的锚网支护，对失效的锚杆，重新补打支护。
锚杆规格：Φ20mm×2000mm的全螺纹锚杆。
（2）巷内加强支护：在巷道原有的锚网支护基础上，超前20m对顶板进行打锚索加强支护。锚索参数：锚索采用Φ15.25mm×7000mm的钢绞线，垫板规格为300mm×300mm×16mm，每根锚索使用5支K2335型锚固剂。技术要求：采用三花眼布置方式，锚索布置在巷道中心线左右第一排钢带上，锚索排距1.6m，间距2.4mm。锚索斜向工作面下边帮与垂线呈15°夹角布置。
（3）动压临时支护：在原工作面超前20m单体柱的基础上，沿巷道走向在靠近预裂爆破切顶边帮侧补打一排单体柱切顶加强支护。
单体柱参数：DZ25-25/100型单体液压支柱。技术要求：切顶排单体柱间距0.8m；超前单体柱间距1.0m。单体柱初撑力120kN。具体设计如图1所示，图2为巷道的A-A支护断面图。
图 1 沿空巷道支护形式 图 2 A-A 剖面图
2.2.3预裂爆破工艺
（1）爆破参数。炮眼沿工作面走向布置，孔径42mm，间距500mm，炮眼倾向采空区，其水平夹角为80°～85°。2410工作面直接顶平均厚度3m。为使巷道直接顶全部切断开，孔深设计为3000mm。
（2）预裂爆破聚能管规格。用外径41～42mm的PVC管加工聚能管[8，9]（内径36mm）。聚能管加工方法如下：将PVC管切成1500mm/根，管壁钻孔两排，孔径4mm，孔间距8mm。双向开孔角度180°。预裂爆破聚能管设计图如图3所示。
（3）单孔炸药使用量。使用3号煤矿许用炸药，规格为Ф35×200g/卷，单孔装药2卷，封孔长度1500mm。
（4）聚能爆破具体操作方法。在聚能管内装入炸药，并放入炮孔内进行聚能爆破。其具体操作方法如下：聚能管内装2卷3号煤矿许用炸药和一个毫秒延期电雷管（同时放炮雷管段数相同），送入炮眼底部，聚能管上的聚能孔对准工作面走向，炮孔用黄泥进行封孔，封泥长度1500mm。装药完成后采用正向爆破，一次放3～5个孔。
2.2.4沿空留巷的通风及顶板管理
（1）为保证巷道通风，采用局部风机压入式送风。局部风机型号：FBD-No6.0/22kW；风筒型号：600mm。
（2）沿空留巷局扇风筒出口回风侧10m处安设甲烷传感器、一氧化碳传感器、氧气传感器、温度传感器。
（3）为控制顶板及采空区窜矸，在检验预裂爆破切顶效果达到后，在采空区侧用编织袋装矸石泥巴叠双层袋磊至顶板，控制采空区矸石窜往巷道及有毒有害气体的溢出。
2.2.5本方案实施工艺流程
（1）准备材料。按照以上设计方案所需材料提前准备到位。
（2）顶板的加强支护。先对失效的锚杆进行补打，然后按照三花眼布置对顶板进行锚索加强支护。
（3）打眼放炮。
（4）打单排柱切顶支护。
（5）检验预裂爆破切顶成果。
2.2.6现场实施效果
（1）切顶线高度：从现场沿空留巷试验点开始往前推采10m，沿空留巷段巷道按照设计支护规格支护，原掘进巷道高度2.6m，推采过后顶板下沉0.3m，地板鼓起0.5m，巷道尚有1.8m高，切顶冒落矸石堆积基本堆积到顶板，部分矸石窜出到巷道，由此推断采高1.4m，切顶高度达到2m。
（2）平整度：预裂放炮后，现场炮孔之间顶板沿巷道走向呈现较为规则小波浪线型裂隙，个别孔眼间裂隙呈不规则放射性发散；切顶线切面由于顶板已冒落，尚不得观测，沿空留巷段巷道切顶冒落较为规则。
（3）顶板变化。通过顶板观测，巷道整体有0.3m的下沉量，地板鼓起0.5m高度，沿空留巷段巷道整体高度1.8m，可以满足生产需求，顶板完整性较好，试验初步效果达到设计要求。
3、结语
（1）预裂爆破切顶技术在沿空留巷中的应用，可以有效地切断采空区与巷道顶板在一定深度的联系，减少采空区顶板对留巷顶板的压力，有效地控制巷道变形。
（2）聚能导爆PVC管在预裂爆破中起到定向传递能量作用，使切顶线沿巷道成一条直线布置。
（3）从实施效果来看，预裂爆破切顶在沿空留巷中的应用对于煤炭企业意义重大，有利于提高资源开采率，经济效益可观。
参考文献：
[1]李雪.老顶断裂位置对沿空留巷顶板及煤柱稳定性影响研究[D].安徽理工大学，2015：23-31.
[2]薛博.沿空留巷顶板结构稳定性分析[J].中州煤炭，2016，4：65-69.
论文作者:程刚
论文发表刊物:《防护工程》2018年第33期
论文发表时间:2019/2/27
标签：顶板论文; 巷道论文; 采空区论文; 工作面论文; 厚度论文; 超前论文; 间距论文; 《防护工程》2018年第33期论文;