厚硬基本顶切顶卸压成巷及围岩控制技术

摘要

预裂切顶是无煤柱自成巷技术的关键,其效果直接关系到留巷的稳定性,而厚硬基本顶条件下切顶留巷的矿压现象、覆岩运移规律及控制技术又有其特殊性.以某矿切顶留巷为工程背景,综合运用UDEC数值模拟、物理相似模拟、理论分析计算及现场工业化试验等方法系统开展厚硬基本顶情况下切顶卸压成巷及围岩控制技术研究.首先,利用UDEC数值模拟软件,对比分析不同切顶高度下留巷围岩应力及位移分布规律,结果表明:切顶高度为7 m时,采空侧顶板无法沿切顶线断裂,导致留巷顶板出现下沉离层现象;切顶高度为9m时,基本顶沿切缝线垮落,煤壁上方基本顶内应力由25 ～ 30 MPa降至20～25 MPa;再增加切顸高度对应力分布影响甚微.其次,通过物理相似模拟实验,对比分析不同切顶高度下留巷覆岩运移及矿压变化规律,结果表明:切顶高度为7 m时,基本顶断裂线位于实体煤帮侧,巷道围岩将受到断裂岩块的挤压破坏作用,从而导致巷道顶板破碎、离层、倾斜,甚至直接顶与基本顶大面积垮塌;切顶高度为9m时,基本顶沿切缝线断裂,采空区顶板垮落时不会对巷道围岩产生挤压影响,卸压效果明显;随着切顶高度增加,切顶高度达到12 m时,基本顶沿着切缝线断裂,但是卸压幅度变化不大.再次,通过理论分析计算,确定现场工业化试验所需的预裂切缝关键参数.现场试验表明:对于厚硬顶板,孔底装药量对爆破效果影响十分显著,装药量在1.0 kg/m时可以克服孔底阻力,达到良好预裂效果;切顶高度为7 m时,巷道试验段中的单体柱出现上部被压弯变形,下部陷入底板的现象,巷道顶板向采空区侧倾斜,切缝侧顶板下沉量为450～500 mm;切顶高度为9和12m时,巷道试验段中切缝侧顶板下沉量小,且未发现支柱损坏等现象,切顶效果良好.最后,基于上述研究,兼顾现场地质生产条件及技术经济综合考量,确定优选切顶卸压具体技术方案,针对性地提出集"高强切顶锚索补强支护、爆破预裂卸压、单体柱强支撑、插底插顶防失稳可缩U型钢+金属网挡矸"于一体的留巷强支护系统,经现场监测,切缝侧顶板、实体煤帮最终变形量分别为186,119 mm,保证了下个工作面回采时安全使用.