傾斜軟硬交互巖層雙基本頂切頂留巷圍巖控制技術(shù)研究

劉華博 ，花少震 ，王 浩

（1.河南工學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453003；2.河南理工大學(xué) 能源科學(xué)與工程學(xué)院，河南 焦作 454000）

切頂卸壓留巷技術(shù)對(duì)于充分利用煤炭資源、解決因煤柱留設(shè)導(dǎo)致的地質(zhì)災(zāi)害具有重大意義。

目前，針對(duì)切頂卸壓留巷問(wèn)題，我國(guó)學(xué)者做出了大量的研究。何滿(mǎn)潮等[1-3]提出切頂卸壓沿空留巷新技術(shù)，改進(jìn)了新型可縮U型鋼擋矸結(jié)構(gòu)用來(lái)抵御巷旁載荷，有效控制了圍巖變形；郭金剛等[4]采用UDEC 數(shù)值模擬及理論計(jì)算等方法，通過(guò)對(duì)厚硬基本頂切頂角度及高度研究，針對(duì)性提出留巷強(qiáng)支護(hù)技術(shù)；孫廣建等[5]建立了厚泥巖頂板軟巖巷道力學(xué)變形機(jī)制，并對(duì)沿空巷道進(jìn)行分區(qū)劃定及提出對(duì)應(yīng)的補(bǔ)強(qiáng)分區(qū)支護(hù)方案；王炯等[6-8]探究了留巷覆巖運(yùn)移規(guī)律，并對(duì)沿空巷道切頂參數(shù)及留巷后合理支護(hù)開(kāi)展研究；陳上元等[9]提出消除“應(yīng)力尖角”的圍巖協(xié)同控制體系來(lái)維持深井切頂留巷圍巖穩(wěn)定；馬新根等[10-11]對(duì)圍巖結(jié)構(gòu)進(jìn)行分區(qū)劃分并創(chuàng)建對(duì)應(yīng)的力學(xué)模型，并針對(duì)性地做出支護(hù)設(shè)計(jì)；石振文等[12]結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)礦壓監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)留巷段圍巖應(yīng)力進(jìn)行分析，確定了沿空巷道的安保控制距離；袁超峰等[13]建立了留巷頂板力學(xué)模型，并確定了未貫穿面的拉應(yīng)力與切頂角度與切頂高度之間的關(guān)系；張俊文等[14]根據(jù)厚泥巖復(fù)合頂板煤巷圍巖控制難題，提出“預(yù)應(yīng)力錨桿+錨索承載結(jié)構(gòu)，配合原生裂隙區(qū)域注漿加固”的加強(qiáng)支護(hù)方案；張農(nóng)等[15]模擬研究了頂板在軟弱夾層不同層位的情況下的采動(dòng)失穩(wěn)特征以及破壞形式；趙社會(huì)等[16-17]結(jié)合留巷覆巖力學(xué)傳遞特征及圍巖結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)規(guī)律，提出了適用于薄基巖沿空巷道的協(xié)同控制技術(shù)；李柱和等[18]采用數(shù)值模擬、力學(xué)計(jì)算等手段，提出利用水力壓裂技術(shù)對(duì)端氏煤礦大采高工作面沿空巷道進(jìn)行切頂卸壓；郭靖等[19]采用理論分析等方法對(duì)堅(jiān)硬頂板孤島工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律進(jìn)行探究，并基于關(guān)鍵層理論及簡(jiǎn)支梁模型計(jì)算得到頂板垮落參數(shù)；呂維赟等[20]通過(guò)理論分析和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，對(duì)新型切頂留巷位移、塑性區(qū)進(jìn)行研究，揭示了切頂高度對(duì)圍巖變形影響規(guī)律，驗(yàn)證了工程留巷中變形量有效控制。

上述學(xué)者極大程度上豐富了切頂留巷技術(shù)的研究和應(yīng)用，但對(duì)于傾斜軟硬交互巖層條件下的切頂留巷問(wèn)題研究較少。為此，通過(guò)分析傾斜煤層、軟硬交互巖層、雙基本頂條件下的切頂留巷聯(lián)動(dòng)破壞圍巖控制難點(diǎn)，探究?jī)A斜軟硬交互巖層雙基本頂切頂留巷控制對(duì)策，提出合理切頂爆破方案及對(duì)應(yīng)的巷道圍巖綜合控制手段，并在井下進(jìn)行了工程實(shí)踐，取得了良好的效果。

1 工程概況

某礦1215 工作面位于12 采區(qū)，主采2 號(hào)煤。根據(jù)相關(guān)鉆孔資料及巷道實(shí)測(cè)資料分析，所采2號(hào)煤層賦存穩(wěn)定，煤質(zhì)松軟。煤層總厚度為2.1～3.4 m，平均厚度為2.6 m。煤層傾角為8°～16°，平均傾角為12°。根據(jù)礦方地質(zhì)資料顯示，煤層直接頂由泥巖、砂質(zhì)泥巖構(gòu)成，基本頂為粉砂巖，中間夾有1 層煤線(xiàn)與泥巖，煤層上覆形成軟硬交互雙基本頂結(jié)構(gòu)，其中低位基本頂為第1 關(guān)鍵層，高位基本頂為第2 關(guān)鍵層。煤巖層分布情況見(jiàn)表1。

表1 煤巖層分布情況Table 1 Distribution of coal strata

對(duì)1215 工作面運(yùn)輸巷進(jìn)行沿空留巷，對(duì)其頂板采用預(yù)裂爆破切頂技術(shù)，其工作面位置示意圖如圖1。

圖1 工作面位置圖Fig.1 Position diagram of working face

2 傾斜軟硬交互巖層雙基本頂切頂留巷難點(diǎn)

切頂留巷變形破壞特征圖如圖2。

圖2 切頂留巷變形破壞特征圖Fig.2 Deformation and failure characteristics of cut roof and retaining roadway

2.1 傾斜煤層方面

1）采空區(qū)側(cè)向矸石沖擊。該煤層傾角為12°，在強(qiáng)烈的切頂爆破留巷擾動(dòng)后，沿空巷道側(cè)向垮落矸石逐漸向巷內(nèi)堆積，傳統(tǒng)的擋矸裝置受強(qiáng)側(cè)向擠壓力產(chǎn)生變形失效，在傾斜煤層中適應(yīng)性差，尤其在高幫矸石沖擊影響下，極易造成擋桿裝置傾倒、矸石涌入、支護(hù)構(gòu)件失效等問(wèn)題，最終會(huì)導(dǎo)致留巷失敗。

2）高低幫側(cè)壓異同。由于煤層具有一定傾斜角度，成巷時(shí)存在高低幫，而在開(kāi)挖影響下會(huì)使得低幫存在應(yīng)力集中現(xiàn)象，且由于煤體強(qiáng)度低，在切頂爆破及掘巷影響下易發(fā)生片幫問(wèn)題，其低幫塑性區(qū)破壞范圍將進(jìn)一步擴(kuò)大，導(dǎo)致幫錨索極難錨固到穩(wěn)定煤巖層內(nèi)，造成錨固失效，從而降低低幫穩(wěn)定性；而高幫在受到切頂擾動(dòng)與留巷側(cè)矸石滾動(dòng)沖擊雙重?cái)_動(dòng)下，向巷內(nèi)的擠壓力進(jìn)一步增大，影響留巷高幫側(cè)穩(wěn)定性。

2.2 軟硬交互巖層方面

1）頂板承載能力小。該煤層直接頂為泥巖與炭質(zhì)泥巖，其巖性不一、厚度較薄且相鄰層間黏結(jié)力較弱，巷道掘進(jìn)后直接頂會(huì)顯著下沉，且在高低幫尖角處會(huì)發(fā)生破壞，進(jìn)而降低第1 基本頂穩(wěn)定性，使得其對(duì)上覆巖層承載能力降低；在第1 基本頂與第2 基本頂之間存在煤線(xiàn)與泥巖夾層，這將會(huì)進(jìn)一步降低第2 基本頂穩(wěn)定性，兩層基本頂之間過(guò)渡層產(chǎn)生離層，使得兩層基本頂之間無(wú)穩(wěn)定巖層承載，此時(shí)第2 基本頂對(duì)上覆巖層承載能力大幅降低。

2）爆破切頂擾動(dòng)。受爆破切頂劇烈擾動(dòng)影響，加之雙基本頂間存在弱強(qiáng)度煤線(xiàn)與薄巖層，其頂板巖層間易出現(xiàn)沿結(jié)構(gòu)面的滑動(dòng)破壞，且受擾動(dòng)期間滑移破壞范圍將隨之增大；隨著爆破切頂后第2 基本頂板垮落，雙基本頂之間軟弱夾層破壞，直接導(dǎo)致頂板各巖層間垂直方向位移增大，裂隙也隨之?dāng)U大，受進(jìn)一步擾動(dòng)會(huì)發(fā)生貫穿破壞。

2.3 雙基本頂方面

常規(guī)工作面頂板存在直接頂、基本頂，偶爾存在偽頂及夾矸，對(duì)以上情況下支護(hù)大多采用懸吊理論，支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)考慮支護(hù)構(gòu)件能夠錨固到穩(wěn)定巖層，對(duì)下伏松軟巖層起到一定懸吊作用，使得錨固貫穿區(qū)域成為統(tǒng)一穩(wěn)定承載體。

然而，本研究巷道存在雙基本頂，且其間存在泥巖與煤線(xiàn)組成的薄弱夾層，這對(duì)巷道支護(hù)帶來(lái)進(jìn)一步難題。當(dāng)切頂爆破后，巷道頂板第1 基本頂首先受劇烈爆破影響垮落，從而帶動(dòng)上方夾層進(jìn)一步垮落，第2 基本頂板產(chǎn)生大面積懸頂，巷道圍巖淺部松動(dòng)破壞程度較大，支護(hù)構(gòu)件無(wú)法懸吊至穩(wěn)定基本頂。

2.4 聯(lián)動(dòng)破壞方面

切頂擾動(dòng)后巷道圍巖松散破碎，完整性降低，無(wú)穩(wěn)定錨固基點(diǎn)，且直接頂強(qiáng)度低、易產(chǎn)生離層、垮落現(xiàn)象，懸頂范圍大、無(wú)穩(wěn)定承載結(jié)構(gòu)，因此采用常規(guī)支護(hù)構(gòu)件支護(hù)時(shí)，錨桿索無(wú)法錨固到穩(wěn)定巖層，導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力無(wú)法完全擴(kuò)散至巷道圍巖深部，無(wú)法有效控制松散破碎區(qū)，不易形成穩(wěn)定承載結(jié)構(gòu)。

在切頂及爆破雙聯(lián)合擾動(dòng)影響下，采用常規(guī)錨桿索、錨網(wǎng)等支護(hù)手段，依舊無(wú)法增強(qiáng)周邊圍巖承載能力，無(wú)法抵御頂板及兩幫變形相互惡化破壞作用，導(dǎo)致單體支柱產(chǎn)生嚴(yán)重變形、錨網(wǎng)撕裂從而產(chǎn)生網(wǎng)兜現(xiàn)象，以至于錨固體失效，巷道圍巖產(chǎn)生大變形，礦壓顯現(xiàn)明顯。

受切頂爆破及采動(dòng)影響，將會(huì)導(dǎo)致留巷圍巖進(jìn)一步松動(dòng)破壞，塑性區(qū)范圍增大，穩(wěn)定實(shí)體煤幫隨之發(fā)生剝落破壞，在多重?cái)_動(dòng)作用下，留巷圍巖頂板-采空側(cè)-實(shí)體煤幫均發(fā)生破壞，即頂-幫在受擾動(dòng)發(fā)生聯(lián)動(dòng)失穩(wěn)破壞。

3 傾斜軟硬交互巖層雙基本頂切頂留巷控制對(duì)策

3.1 U 型鋼插頂插底+高強(qiáng)錨索+金屬網(wǎng)擋矸護(hù)幫

對(duì)巷道頂板預(yù)裂爆破后，切斷了巷道頂板與采空區(qū)側(cè)頂板的結(jié)構(gòu)傳遞，隨著工作面不斷推進(jìn)，采空區(qū)側(cè)頂板垮落，為防止矸石進(jìn)入巷道，需構(gòu)建擋矸結(jié)構(gòu)對(duì)采空區(qū)側(cè)進(jìn)行護(hù)幫處理。擋矸護(hù)幫結(jié)構(gòu)平面圖如圖3。

圖3 擋矸護(hù)幫結(jié)構(gòu)平面圖Fig.3 Structure plan of retaining wall

由于煤層具有一定傾斜角度，矸石在垮落過(guò)程中會(huì)對(duì)擋矸結(jié)構(gòu)造成較強(qiáng)的瞬時(shí)沖擊影響，同時(shí)隨著回采及留巷工作的不斷推進(jìn)，采空區(qū)側(cè)矸石逐漸積累并壓實(shí)，對(duì)擋矸結(jié)構(gòu)造成持續(xù)的橫向擠壓作用。采空區(qū)側(cè)采用防失穩(wěn)可縮U 型鋼輔以金屬網(wǎng)及高強(qiáng)度錨索進(jìn)行擋矸護(hù)幫，可縮U 型鋼插頂插底可顯著增強(qiáng)其橫向支承能力，高強(qiáng)度錨索配合鋼筋梯子梁施打在可縮型U 型鋼外側(cè)，進(jìn)一步增強(qiáng)了擋矸結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，形成穩(wěn)定的采空區(qū)側(cè)巷幫擋矸支護(hù)體系。

3.2 單體柱+槽鋼桁架錨索+切頂錨索撐頂

工作面直接頂為泥巖與炭質(zhì)泥巖，強(qiáng)度較低，隨工作面開(kāi)采出現(xiàn)顯著下沉現(xiàn)象，對(duì)第1基本頂?shù)姆€(wěn)定性造成較大影響，同時(shí)兩基本頂之間存在煤線(xiàn)與泥巖夾層，易產(chǎn)生離層現(xiàn)象。為實(shí)現(xiàn)軟硬交互雙基本頂結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，采用高強(qiáng)度長(zhǎng)錨索搭配槽鋼形成桁架錨索結(jié)構(gòu)，其錨固點(diǎn)位于第2 基本頂，對(duì)平行及垂直于巷道頂板方向提供擠壓應(yīng)力，使巷道頂板兩基本頂及其之間的軟弱夾層形成1 個(gè)穩(wěn)定的整體錨固承載結(jié)構(gòu)。槽鋼桁架錨索結(jié)構(gòu)亦可向巷道幫部傳遞錨固力，提高巷道的整體穩(wěn)定性。同時(shí)，切頂錨索的懸吊作用，可有效解決爆破切頂及軟弱巖層導(dǎo)致的頂板滑動(dòng)破壞現(xiàn)象，單體支柱可向巷道頂板提供穩(wěn)定的支撐力，與切頂錨索及槽鋼桁架錨索協(xié)同作用，形成1 個(gè)整體的巷道頂板支護(hù)結(jié)構(gòu)，改善巷道頂板的受力環(huán)境，有效提高其承載能力及穩(wěn)定性。

3.3 槽鋼桁架錨索強(qiáng)力錨固實(shí)體煤幫

留巷期間，實(shí)體煤幫作為巷道垂直載荷的主要承載結(jié)構(gòu)之一，對(duì)巷道頂板短臂結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性具有至關(guān)重要的作用。巷道實(shí)體煤幫受切頂及工作面回采影響，巷道處于高應(yīng)力環(huán)境中，且由于煤層煤質(zhì)松軟、裂隙發(fā)育，綜合導(dǎo)致實(shí)體煤幫塑性破壞范圍較大，常規(guī)錨桿支護(hù)錨固基礎(chǔ)處于破碎煤體中，無(wú)法實(shí)現(xiàn)有效支護(hù)，故而實(shí)體煤幫側(cè)采用槽鋼桁架錨索，槽鋼桁架錨索錨固區(qū)域更大，既能使幫部破碎煤體錨固在深部穩(wěn)定煤體中，又能與頂板錨索形成的壓應(yīng)力區(qū)相互耦合，達(dá)到強(qiáng)幫護(hù)頂?shù)男Ч?/p>

3.4 采空側(cè)-頂板-實(shí)體煤幫綜合護(hù)巷系統(tǒng)

通過(guò)對(duì)巷道不同區(qū)域變形破壞特征進(jìn)行分析，確定傾斜軟硬交互巖層雙基本頂切頂留巷圍巖穩(wěn)定性控制對(duì)策采用：采空區(qū)側(cè)“U 型鋼插頂插底+高強(qiáng)錨索+金屬網(wǎng)擋矸護(hù)幫”、留巷頂板“槽鋼桁架錨索+切頂錨索+單體柱撐頂”、實(shí)體煤幫“槽鋼桁架錨索強(qiáng)力錨固”的綜合控制技術(shù)，通過(guò)對(duì)不同區(qū)域支護(hù)結(jié)構(gòu)的針對(duì)設(shè)計(jì)及相互耦合，在巷道周?chē)鷺?gòu)成了1 個(gè)全方位綜合支護(hù)系統(tǒng)，使巷道圍巖形成1 個(gè)整體，顯著增強(qiáng)了其支承能力，確保了巷道在留設(shè)過(guò)程中的圍巖穩(wěn)定。切頂留巷綜合控制系統(tǒng)如圖4。

圖4 切頂留巷綜合控制系統(tǒng)Fig.4 Integrated control system of cutting top and retaining rowadway

4 切頂留巷圍巖控制技術(shù)及工程實(shí)踐

4.1 爆破參數(shù)

結(jié)合傾斜軟硬交互巖層雙基本頂切頂留巷地質(zhì)條件，確定采用三聯(lián)孔同時(shí)預(yù)裂的方式進(jìn)行該特殊地質(zhì)條件下的預(yù)裂爆破作業(yè)。

4.1.1 布孔間距及角度

1）由常規(guī)預(yù)裂爆破孔間距計(jì)算計(jì)算公式可知，孔間距B=(7～12)d，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際可知，炮孔直徑d約48 mm，由此可得孔間距B= 336～576 mm?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)取 400 mm。

2）現(xiàn)場(chǎng)取鉆孔與巷幫距離為5 cm 左右，且鉆孔向采空區(qū)方向傾斜10°以減小切縫兩側(cè)頂板之間的摩擦阻力，利于留巷圍巖穩(wěn)定性控制。

4.1.2 布孔深度

留巷的成功與否在一定程度上取決于合理的鉆孔深度。切頂高度較小將導(dǎo)致采空側(cè)頂板垮落不完全，采空區(qū)不能被垮落矸石全部充滿(mǎn)以承載上覆巖層，導(dǎo)致留巷頂板出現(xiàn)大幅度的回轉(zhuǎn)下沉，造成留巷維護(hù)困難重重。切頂高度較大時(shí)雖能使采空區(qū)矸石充分垮落，但成本較高。采用理論計(jì)算公式確定切頂深度，炮孔深度L的計(jì)算式為：

式中：H為采高；L為炮孔深度；Kp為頂板巖石碎脹系數(shù)。

該工作面頂板巖石碎脹系數(shù)Kp處于1.2～1.4之間，平均采厚H=2.6 m，由此可得炮孔深度范圍約為6.5～13 m。

為了在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)巷道探究合適的炮孔深度，分別進(jìn)行8、9.5、11 m 的炮孔深度進(jìn)行試驗(yàn)。

4.1.3 裝藥參數(shù)

裝藥參數(shù)為：①炸藥形式：煤礦許用三級(jí)乳化聚能爆破炸藥采用；②每卷炸藥規(guī)格：直徑?35 mm×300 mm；③聚能管規(guī)格：炸藥配合PVC 聚能管使用，管長(zhǎng)1 500 mm，外徑為42 mm，內(nèi)徑為36.5 mm。

不同炮孔深度下的裝藥結(jié)構(gòu)如圖5。

圖5 不同炮孔深度下的爆破裝藥結(jié)構(gòu)Fig.5 Structure of blasting charge at different hole depths

4.1.4 封泥長(zhǎng)度

考慮一定安全系數(shù)，為防止吹孔，封泥長(zhǎng)度為2 m。

在滯后工作面留巷段，將上述3 種方案各試驗(yàn)50 m。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)可知：方案1 中的預(yù)裂參數(shù)將導(dǎo)致垮落矸石無(wú)法充分填滿(mǎn)采空區(qū)，留巷圍巖控制難度較大，留巷效果差；方案2 與方案3 切頂效果較好，留巷整體穩(wěn)定性較高，圍巖變形量處于安全可控范圍內(nèi)。

兼顧到施工效率與經(jīng)濟(jì)成本等因數(shù)，確定選用方案2 進(jìn)行整條巷道的保留工作，即切頂深度為9.5 m，裝藥方式為：5 卷+5 卷+5 卷+4 卷，封泥長(zhǎng)度為2 m。

4.2 切頂留巷圍巖綜合控制

切頂留巷綜合控制圖如圖6。

圖6 切頂留巷綜合控制圖Fig.6 Integrated control diagram of cutting top and retaining roadway

1）采空區(qū)側(cè)控制。防失穩(wěn)可縮U 型鋼插頂插底+高強(qiáng)錨索+金屬網(wǎng)擋矸護(hù)幫：采空區(qū)側(cè)矸石幫在距幫部500 mm 處安設(shè)29 U 型鋼配合金屬網(wǎng)進(jìn)行擋矸護(hù)幫，U 型鋼上插頂板、下扎底板，其凹面朝向巷道，間距為500 mm。U 型鋼之間用鋼筋梯子梁連接，并在兩相鄰U 型鋼中間壓鋼筋梯子梁補(bǔ)打高強(qiáng)錨索至底板較穩(wěn)定巖層，使得矸石幫支護(hù)系統(tǒng)形成1 個(gè)整體。

2）頂板圍巖控制。單體柱+槽鋼桁架錨索+切頂錨索撐頂：頂板錨桿采用?22 mm×2 400 mm，間排距900 mm×1 000 mm。頂板采用單體支柱對(duì)頂板進(jìn)行支撐保護(hù)，在單體頂部采用π 型梁與巷道頂板支緊，單體柱排距 500 mm。切頂前在采空側(cè)補(bǔ)打2 排切頂錨索，型號(hào)?21.8 mm×9 300 mm，錨索間距600 mm，排距2 000 mm，第1 排距巷道壁400 mm。槽鋼錨索采用?17.8 mm×8 300 mm 鋼絞線(xiàn)，兩連鎖間距1 800 mm，排距為2 000 mm，角度與豎直方向夾角20°，與切頂錨索同排布置。

3）實(shí)體煤幫控制。槽鋼桁架錨索強(qiáng)力錨固實(shí)體煤幫：實(shí)體煤幫錨桿采用?22 mm×2 400 mm，間排距800 mm×1 000 mm。槽鋼-錨索采用17.8 mm×5 300 mm 的鋼絞線(xiàn)，兩連鎖間距1 500 mm，排距2 000 mm，與頂板槽鋼錨索同排布置。上位錨索距頂板900 mm，下位錨索距底板900 mm，與水平方向夾角為20°。

4.3 控制效果

4.3.1 數(shù)值模擬

為進(jìn)一步探究錨桿-索聯(lián)合支護(hù)對(duì)復(fù)合頂板的控制效應(yīng)，同時(shí)驗(yàn)證支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，通過(guò)數(shù)值模擬得出錨桿-索預(yù)應(yīng)力，錨桿—索預(yù)應(yīng)力分布形態(tài)圖如圖7。

圖7 錨桿—索預(yù)應(yīng)力分布形態(tài)圖Fig.7 Distribution pattern of prestress between bolt and cable

由圖7 可知：以0.02 MPa 為有效壓應(yīng)力邊界，錨桿-索預(yù)應(yīng)力承載結(jié)構(gòu)整體表現(xiàn)為非對(duì)稱(chēng)式分布，頂板錨桿與錨索提供的預(yù)應(yīng)力相互疊加耦合，既加強(qiáng)了巷道直接頂泥巖的承載能力，又防止了兩基本頂之間軟弱夾層產(chǎn)生離層現(xiàn)象，保證了復(fù)合頂板的穩(wěn)定性，同時(shí)由于切頂錨索的存在，巷道頂板靠近采空區(qū)一側(cè)形成了0.4 MPa 的高壓應(yīng)力區(qū)，有效預(yù)防了在預(yù)裂爆破后巷道頂板的失穩(wěn)現(xiàn)象；實(shí)體煤幫側(cè)預(yù)應(yīng)力場(chǎng)寬度約為3.5 m，顯著增強(qiáng)了淺部煤體的完整性，提高了其承載性能，緩解了頂板壓力；采空區(qū)側(cè)斜拉錨索提供的高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力，進(jìn)一步增強(qiáng)了擋矸結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。綜上可以得出，采用該控制方案能夠形成合理的切頂留巷圍巖錨固承載結(jié)構(gòu)，有效控制復(fù)合頂板切頂留巷的圍巖變形破壞。

4.3.2 圍巖礦壓觀(guān)測(cè)

礦壓觀(guān)測(cè)結(jié)果如圖8。

圖8 礦壓觀(guān)測(cè)結(jié)果Fig.8 Mine pressure observation results

從圖8 可以看出：留巷覆巖急劇回轉(zhuǎn)失穩(wěn)下沉發(fā)生在工作面后方50 m 左右，這充分說(shuō)明此時(shí)的采空區(qū)上覆巖層仍在繼續(xù)垮落，產(chǎn)生的摩擦力迫使留巷頂板下移；當(dāng)滯后工作面距離超過(guò)125 m 時(shí)，留巷頂板位移基本維持不變，這說(shuō)明此時(shí)的采空區(qū)上覆巖層穩(wěn)定結(jié)構(gòu)已經(jīng)形成，留巷穩(wěn)定已經(jīng)基本穩(wěn)定；穩(wěn)定后的留巷切縫側(cè)下沉量約為192 mm，穩(wěn)定后的實(shí)體煤幫變形量約為119 mm，留巷圍巖變形處于安全可控范圍內(nèi)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)觀(guān)測(cè)發(fā)現(xiàn)當(dāng)下各工作面回采時(shí)，留巷圍巖變形仍在可控范圍內(nèi)，保證了2 個(gè)工作面安全回采。

5 結(jié) 語(yǔ)

1）要維持傾斜軟硬交互巖層雙基本頂切頂留巷圍巖穩(wěn)定，需要解決3 類(lèi)問(wèn)題：①傾斜煤層導(dǎo)致矸石幫受沖擊力較大，矸石幫維穩(wěn)困難；②軟硬交互巖層頂板受切頂爆破影響，留巷頂板易發(fā)生離層乃至局部垮頂；③交互巖層雙基本頂切頂導(dǎo)致留巷支護(hù)困難。

2）提出采用采空區(qū)側(cè)“U 型鋼插頂插底+高強(qiáng)錨索+金屬網(wǎng)擋矸護(hù)幫”、留巷頂板“槽鋼桁架錨索+切頂錨索+單體柱撐頂”、實(shí)體煤幫“槽鋼桁架錨索強(qiáng)力錨固實(shí)體煤幫”的綜合控制技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)傾斜軟硬交互巖層雙基本頂切頂條件下的留巷圍巖穩(wěn)定。

3）設(shè)計(jì)了布孔形式、布孔間距及角度、布孔深度、裝藥參數(shù)及封泥長(zhǎng)度等爆破切頂參數(shù)?，F(xiàn)場(chǎng)結(jié)果表明：0.4 m 炮孔間距配合9.5 m 深度的切頂孔有利于傾斜軟硬交互巖層切頂留巷圍巖控制，切縫側(cè)頂板、實(shí)體煤幫最終變形量約為192、119 mm，保證了下工作面安全回采。