1、2023 年 2 月Feb.,2023doi：10.3969/j.issn.1672-9943.2023.01.013深埋大变形复用巷道深孔爆破卸压技术研究李志刚（晋能控股煤业集团成庄矿，山西 晋城 048000）摘要 针对深埋大变形巷道控制困难、上隅角悬顶不易垮落等诸多问题，以成庄矿 4315 工作面为工程背景，在现场调研的基础上，分析 43152 巷变形破坏原因及影响因素，结合数值模拟与理论分析，提出 43153 巷深孔爆破参数设计方案。经现场效果考察分析可知，炮孔之间已形成导通裂隙，43152 巷爆破段巷道煤柱侧帮鼓量 155182 mm，底鼓量221260 mm，上隅角悬顶垮落，爆破段
2、复用巷道卸压效果明显。关键词 深埋巷道；深孔；爆破；卸压；效果中图分类号TD235.33文献标识码B文章编号1672-9943（2023）01-0041-030引言复用巷道已成为缓解采掘衔接紧张的有效手段，由于多重因素影响，其往往变形量巨大，需要进行多次拉底刷帮才可投入使用。目前，通过实施深孔预裂爆破卸压技术，既能促使工作面顶板上隅角及时垮落，有效避免端头悬顶，又能切断采空区覆岩持续作用于煤柱上方的悬臂梁结构，缓解复用巷道的矿压显现强度。深孔爆破卸压有效避免了巷道的重复维修，降低了巷道的使用成本，有利于矿井安全生产1-3。1工程概况成庄矿是晋能控股煤业集团主力生产矿井，近年来随着采掘活动不断向
3、井田西部延伸，煤层的埋深由 300 m逐步向 400 m过渡，局部达到 500 m。该矿 4315 工作面受高瓦斯影响，采用“两进一回”布置，布置形式如图 1 所示。工作面大部直接顶为2.45 m 厚泥岩，老顶为 9.10 m 厚砂质泥岩，直接底和老底均为厚度达 11.45 m的砂质泥岩。因现场地质条件多变，43153 巷上隅角悬顶不能及时垮落，采用密集钻孔与支架反复支承顶板进行处理，效果不明显，施工存在安全隐患；43152 巷后期受超前采动应力影响，巷道变形持续增大，不利于下个工作面再次使用。综合上述情况，提出试用深孔聚能爆破卸压技术，解决工作面上隅角悬顶、复用巷道变形严重 2 个难题。24
4、3152 复用巷道围岩变形特征分析43152 巷受 4315 面超前采动影响及上覆悬臂梁结构对煤柱的持续作用，距工作面 80 m以外未受采动影响段巷道变形量相对较小，顶底板移近量均值为 54 mm，两帮移近量均值为 101 mm，随着工作面向前推进呈现逐渐增大的趋势；距工作面 80 m以内受强烈采动影响段巷道变形量明显增大，顶底板移近量均值为 871 mm，两帮移近量均值为 361 mm。由监测数据可知，该段巷道变形严重，影响后续工作面正常复用，应采取相应措施及时进行处理。3顶板爆破卸压方案现场实地调研表明，43152 复用巷道发生大变形主要受超前采动支承压力、上层覆岩悬臂梁结构持续作用、构造
5、应力等多重因素影响。结合 43152巷现场生产、地质情况分析，巷道变形一方面是受工作面超前支承压力影响，顶板活动剧烈，促使巷43151 巷（原 43132 巷）43151 巷4315 综放工作面43152 巷停采线4303 巷4302 巷4304 巷图 14315 综放工作面巷道布置能 源 技 术 与 管 理EnergyTechnologyand Management2023 年第 48 卷第 1 期Vol.48 No.1412023 年 2 月Feb.,2023李志刚深埋大变形复用巷道深孔爆破卸压技术研究道处于不稳定状态；另一方面是受到临近工作面回采后形成的悬臂梁结构的持续作用，造成巷道持续
6、变形46。巷道深孔预裂爆破主要是通过改变岩块 B在煤柱一侧上方的破断位置，尽可能采取爆破措施后使 B 岩块破断位置沿煤柱和采空区边缘进行破断，这样可以避免 B 岩块出现回转对留巷巷道的动压影响。岩块破断状态如图 2 所示。图 2爆破卸压示意3.1钻孔位置钻孔位置即钻孔开孔处与巷道煤柱侧巷帮的距离。钻孔位置的选择受现场情况制约，其原则是越靠近煤柱，后期爆破效果越好。结合巷道顶板支护、设备布置及现场施工等情况综合考量，确定爆破钻孔与煤柱帮距离为 700 mm。钻孔位置布置如图 3 所示。图 3钻孔位置示意3.2炮孔间距不同炮孔间距岩石应力云图如图 4 所示。（a）炮孔间距 800 mm（b）炮孔间
7、距 2 000 mm（c）炮孔间距 3 000 mm（d）炮孔间距 4 000 mm图 4不同炮孔间距岩石应力云图结合现场地质条件，建立数值模型，对炮孔间距 800、2 000、3 000、4 000 mm4 种不同间距下爆破效果进行模拟分析，分析结果如图 4 所示。从图 4可以看出，2 000 mm 或 3 000 mm 炮孔间距既能够在岩层内形成薄弱带，又不会使顶板岩石过于破碎。为保证爆破效果，选择炮孔间距为 2 000 mm较钻孔倾角=0钻孔位置700 mm巷道顶板巷道底板回采帮煤柱帮爆破钻孔留巷巷道回采巷道本工作面回采岩块 C岩块 A岩块 B煤柱FxF下422023 年 2 月Feb.
8、,2023为合适。3.3炮孔深度影响复用巷道稳定的关键因素是煤柱上方悬顶结构形成的侧向支承压力的长期作用，其稳定的前提是垮落矸石将采出空间充满填实。因此，确定其爆破深度计算方式如下：H0=h-SaKa-1式中：H0为爆破孔深度，m；h 为采高，取 6.3 m；Sa为岩梁触矸处沉降值，一般取 0.150.25，本次取0.2；Ka为岩梁触矸处冒落岩层碎涨系数，一般取1.31.5，本次取 1.3。经计算，确定其爆破深度为 20.33 m。4效果考察4.1爆破致裂效果考察现场爆破施工完成后，为了验证爆破形成的裂隙导通范围，通过预先留设的观察孔对爆破致裂效果进行考察，如图 5 所示。图 5现场注水试验窥
9、视孔示意（单位：m）从图 5 分析可知，在 7、12.3 m出现横向裂缝，7.6、9.510、131.32 m位置出现纵向裂缝，说明爆破达到弱化顶板的预期效果。4.2复用巷道表面位移观测爆破段围岩变形监测情况如图 6 所示。（a）煤柱鼓出量变化（b）底鼓量变化图 6爆破段围岩变形监测情况后期布置测站对巷道围岩变形情况进行监测，其中 5#8#测点均布置在爆破施工段。由图 6 分析可知，爆破段复用巷道煤柱帮鼓出量在 155182 mm（平均 170 mm），底鼓量在 221260 mm（平均 248 mm），爆破段变形量显著减小，复用巷道卸压效果明显。5结论（1）结合现场地质条件对炮孔参数进行优化
10、，经数值模拟与理论分析计算可知，优化后的炮孔位置距煤帮 700 mm，炮孔间距 2 000 mm，孔深20.33 m。（2）经现场爆破效果考察可知，炮孔间形成明显导通裂隙，爆破段巷道变形量明显减小，巷道变形量得到有效控制，有利于矿井安全高效生产。参考文献1徐颖.软弱层带爆炸注浆机理及应用研究 D.合肥：中国科学技术大学，2001.2 杜建鹏，魏全德，杨光宇，等.特厚煤层卸压措施有效性实测分析 J.煤矿安全，2017，48（9）：186-189.3杨伟.高地应力巷道卸压爆破机理及参数研究 D .武汉：武汉理工大学，2011.4刘衍利，黎卫兵，黄星源.切顶卸压爆破技术在沿空留巷中的应用 J.煤矿安
11、全，2014，45（6）：132-135.5魏明尧,王恩元,刘晓斐,等.深部煤层卸压爆破防治冲击地压效果的数值模拟研究 J.岩土力学，2011，32（8）：2539-2543.6梁宁，伍法权，王云峰，等.大埋深高地应力关山隧道围岩变形破坏分析 J.岩土力学，2016，37（增刊 2）：329-336.作者简介李志刚（1975-），男，工程师，毕业于辽宁科技大学采矿工程专业，长期从事井下生产技术工作。收稿日期：2022-08-01煤柱鼓出量/mm200160120804005#测点6#测点7#测点8#测点工作面位置/m-550-500-450-400-350-300-250-200-150-10
12、0-50050100150底鼓量/mm3002502001501005005#测点6#测点7#测点8#测点工作面位置/m-550-500-450-400-350-300-250-200-150-100-500501001506.86.97.07.17.27.37.47.57.67.67.89.59.69.79.89.910.010.110.210.310.410.512.212.312.412.512.612.712.812.913.013.113.2能 源 技 术 与 管 理EnergyTechnologyand Management2023 年第 48 卷第 1 期Vol.48 No.143
