宋建军
(1.山西煤炭运销集团阳泉有限公司，山西 阳泉 045000；2.山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司，山西 太原 030006)
聚能爆破切顶卸压是巷道支护技术的一项重大改革。该技术已在很多矿井应用成功，具有减少巷道维修量、降低掘进率及生产成本的优点，是未来矿井发展所需的一项重要技术[1-4]。本次进行切顶卸压实验后，对巷道矿压监测数据进行分析研究，对聚能爆破切顶卸压的效果进行验证。
1 概况
9107工作面井下位于井田南部，北部为9108工作面，东部为采区回风大巷，西部为矿界保护煤柱。地表地形属丘陵阶地，地面标高1 271 m～1 290 m。井下工作面标高为1 105 m～1 120 m之间，9107工作面煤层埋藏深度为166 m～170 m，该工作面煤层平均厚度3.4 m，煤层倾角平均6°。
9107工作面推进长360 m，工作面切眼倾斜长152 m，回采面积54 720 m2，布置有进风顺槽、回风顺槽、开切眼三条巷道。地面无公路、耕地、房屋等建构筑物及其它设施。9107进风顺槽断面尺寸为宽4.5 m，高3.15 m，净断面积14.175 m2；9107回风顺槽断面尺寸为宽4.5 m，高3.15 m，掘进断面积14.175 m2；两顺槽均采用W型钢带+金属网+锚杆+锚索联合支护。
本煤矿工作面区段保护煤柱留设20 m以上，但顺槽在遇到采动影响时，邻近工作面开采时侧向支承压力和现采工作面超前支承压力在区段保护煤柱上方及其周围出现叠加引起应力集中，从而使得区段保护煤柱及其顺槽巷发生变形、帮鼓、底鼓等现象，增加了巷道维护难度。为解决此类问题，在9107综采工作面回风顺槽实施爆破切顶卸压，以解决9107回风顺槽及相邻9108工作面进风顺槽的动压影响。
通过切顶卸压对工作面靠近护巷煤柱侧顶板提前预裂，将悬臂梁切落，以减小悬臂梁上覆荷载及回转变形力，从而切断或大大减小岩梁传递到护巷煤柱和预留巷道内的荷载，实验的效果通过对两个顺槽进行矿压监测进行验证。
本次矿压监测的内容包括9107回风顺槽、9108进风顺槽顶板离层、顶底板移近量、支护载荷观测分析、两顺槽间煤柱内应力分布情况。
2 巷道矿压监测方案
9107回风顺槽和9108进风顺槽长度均为330 m，分别从巷道开口起，布置测站并编号。9107回风顺槽和9108进风顺槽各布置3组锚杆(索)应力测站，每组布置4套锚杆应力计，顶板2套，两帮各1套；2套锚索应力计，以观测锚杆、锚索受力状态。
图1为测站布置示意图，9107回风顺槽200 m处和9108进风顺槽300 m处各布置一组煤柱应力计，孔深分别为2 m、4 m、6 m、8 m、10 m，以观测煤柱内应力分布情况。
图1 测站布置示意图
观测系统采用KJ504煤矿顶板在线监测系统，在9108工作面进风顺槽口布置1台矿用分站，锚杆锚索支护载荷和煤柱内应力变化监测共用1台分站，每两个小时上传一次数据，每周进行一次数据拷贝。
3 矿压数据分析
从图2中可以看出，9107回风顺槽100 m处综合测站内，锚杆(索)应力计安装后的初始应力值均变化不大。第一阶段从2018年1月23日至6月23日，呈极缓慢上升态势，测站内煤柱帮帮锚杆应力为17 kN～24 kN；靠煤柱帮顶锚杆应力为11 kN～13 kN；靠煤柱帮顶锚索应力达到22 kN～28 kN；靠回采帮顶锚索应力达到17 kN～24 kN；靠回采帮顶锚杆应力为7 N～10 N；回采帮锚杆应力达到5 kN～7 kN。第二阶段自2018年6月24日开始至7月16日，当工作面推进至回风顺槽200 m时，测站断面内锚杆、锚索的应力开始上升，至7月16日，工作面回采至回风顺槽145 m处时，煤柱侧帮锚杆应力达到43 kN；靠煤柱帮顶锚杆应力达到20 kN；靠煤柱帮顶锚索应力达到39 kN；靠回采帮顶锚索应力达到31 kN；靠回采帮顶锚杆应力达到20 kN；回采帮锚杆应力达到9 kN。
图2 9107工作面回风顺槽100 m处测站监测曲线
从图3中可以看出，第一阶段从2018年1月23日至6月15日，呈极缓慢上升态势，测站内煤柱帮帮锚杆应力为20 kN～25 kN；靠煤柱帮顶锚杆应力为4 kN～5 kN；靠煤柱帮顶锚索应力为34 kN～38 kN；靠回采帮顶锚索应力达到19 kN左右；靠回采帮顶锚杆应力为4 kN～8 kN；回采帮锚杆应力达到2 kN～5 kN。第二阶段自2018年6月16日开始至6月24日，当工作面推进至回风顺槽235 m时，测站断面内锚杆、锚索的应力开始上升，至6月24日，煤柱侧帮锚杆应力达到42 kN；靠煤柱帮顶锚杆应力达到4 kN；靠煤柱帮顶锚索应力达到42 kN；靠回采帮顶锚索应力由18 kN降低至10 kN；靠回采帮顶锚杆应力达到10 kN；回采帮锚杆应力达到17 kN。
从图4中可以看出，第一阶段从2018年1月23日至4月10日，呈极缓慢上升态势，测站内煤柱帮帮锚杆应力为12 kN～16 kN；靠煤柱帮顶锚杆应力为12 kN～16 kN；靠煤柱帮顶锚索应力为34 kN～38 kN；靠回采帮顶锚索应力为31 kN～34 kN；靠回采帮顶锚杆应力为9 kN～11 kN；回采帮锚杆应力达到12 kN～16 kN。第二阶段自2018年4月11日开始至5月24日，当工作面推进至回风顺槽285 m时，测站断面内锚杆、锚索的应力开始上升，至5月24日，煤柱侧帮锚杆应力达到24 kN；靠煤柱帮顶锚杆应力达到34 kN；靠煤柱帮顶锚索应力达到50 kN；靠回采帮顶锚索应力达到50 kN；靠回采帮顶锚杆应力达到11 kN；回采帮锚杆应力达到16 kN。
图3 9107工作面回风顺槽200 m处测站监测曲线
图4 9107工作面回风顺槽300 m处测站监测曲线
从第123页图5中可以看出，从2018年1月23日至6月24日，呈极缓慢上升态势，测站内煤柱帮帮锚索应力为8 kN～13 kN，近煤柱帮顶锚索应力为9 kN～14 kN，远煤柱帮顶锚索应力为48 kN～50 kN，远回采帮顶锚索应力为12 kN～16 kN，近回采帮顶锚索应力为11 kN～14 kN，回采帮锚杆应力达到4 kN～9 kN。
从第123页图6中可以看出，从2018年1月23日至6月24日，呈极缓慢上升态势，测站内煤柱帮帮锚索从1月23日至6月8日应力为76 kN～82 kN，但是6月9日9107工作面回采至回风顺槽250 m处时，应力开始显着增大，至6月24日达到108 kN；近煤柱帮顶锚索应力为60 kN～67 kN；远煤柱帮顶锚索应力为54 kN～60 kN；远回采帮顶锚索应力为62 kN～70 kN；近回采帮顶锚索应力为52 kN～61 kN；回采帮锚杆应力达到7 kN～15 kN。
图5 9108工作面进风顺槽100 m处测站监测曲线
图6 9108工作面进风顺槽200 m处测站监测曲线
从图7中可以看出，从2018年1月23日至6月24日，呈极缓慢上升态势，测站内煤柱帮帮锚索从1月23日至5月24日应力为30 kN～43 kN，但是5月24日9107工作面回采至回风顺槽270 m处时，应力开始显着增大，至6月24日达到205 kN；近煤柱帮顶锚索应力为31 kN～55 kN；远煤柱帮顶锚索应力为45 kN～70 kN；远回采帮顶锚索应力为44 kN～61 kN；近回采帮顶锚索应力为55 kN～65 kN；回采帮锚杆应力达到4 kN～74 kN。
从图8中可以看出，从2018年1月23日至6月24日，测站区域煤柱内2 m、4 m、8 m、10 m处煤柱应力变化不大，数值增长幅度在0.1 MPa～0.3 MPa左右；6 m处煤柱应力在6月19日，9107工作面回采至回风顺槽225 m处，数据开始出现增长，至6月24日，9107工作面回采至回风顺槽200 m处，达到9.3 MPa。
由图9可知，从2018年1月23日至6月24日，测站区域煤柱内2 m、6 m、8 m处煤柱应力变化不大，数值增长幅度在0.1 MPa～0.2 MPa左右；4 m处煤柱应力在1月26日，9107工作面回采至回风顺槽300 m处，数据开始出现增长，至6月8日，9107工作面回采至回风顺槽250 m处，达到1.3 MPa；至6月23日，9107工作面回采至回风顺槽200 m处，降低至1 MPa，趋于稳定状态。10 m处煤柱应力在4月10日，9107工作面回风顺槽285 m处，数据开始出现增长，至5月30日，9107工作面回采回风顺槽265 m处，达到4.4 MPa；至6月8日，9107工作面回采回风顺槽255 m处，降低到2.5 MPa；至6月10日，9107工作面回风顺槽245 m处，又升高至7.1 MPa，至6月23日，应力呈逐渐下降趋势，降低至2.5 MPa。
图7 9108工作面进风顺槽300 m处测站监测曲线
图8 9107工作面回风顺槽200 m处煤柱应力监测曲线
图9 9108工作面进风顺槽300 m处煤柱应力监测曲线
4 结论
1) 根据锚杆(索)受力载荷变化情况可知，9107综采工作面回风顺槽掘进期间安装锚杆、锚索的预应力较小，受采动影响超前回采工作面35 m即有明显应力增长。
2) 因9107工作面采用了爆破切顶卸压工艺，9108工作面进风顺槽顶锚索、回帮锚杆受采动影响后，锚索、锚杆的受力变化不大，顶锚索的受力增长幅度较小，受动压影响不明显；但煤柱帮的锚索受力变化比较明显，在9108进风顺槽200 m处，煤柱帮锚索受力最大达到250 kN，因此，煤柱帮受动压影响较明显。
3) 9107、9108工作面之间留设有25 m的保安煤柱，从煤柱应力监测数据可知，煤柱内受采动影响应力变化稳定，煤柱内9108进风顺槽侧内10 m处左右为应力最高区域，受采动影响后最大值为7.1 MPa，最小值为2.5 MPa。
4) 采用爆破切顶卸压工艺后，综合分析9107回风顺槽、9108进风顺槽锚杆锚索受力载荷和煤柱应力变化数据，建议在今后的工作面布置时，可将煤柱适当缩小。
