采动应力影响煤巷水力切顶卸压技术应用

候 波

（晋煤集团质监站，山西 晋城 048006）

1 概述

寺河煤矿东井区属于高瓦斯矿井，主采3 号煤，东五盘区煤层平均厚度为6.0 m， 煤层倾角平均6°，采用一次采全高综合机械化采煤方法。东翼四条集中巷位于5303 和5304 两个工作面之间，埋深320～350 m，均为东西向布置，与工作面回采方向平行。由南往北分别为53033 巷、回风二巷（煤巷）、回风一巷（岩巷）、辅助运输巷（煤巷）、胶带运输巷（煤巷）。如图1 所示。

回风二巷设计长度为2100 m，巷道断面规格为宽×高=5.0×3.8 m 的矩形断面，施工巷道沿3#煤层底板掘进，顶板留有2.4 m 顶煤。回风二巷主要担负着整个东五盘区回风任务。该巷道与东五盘区其它集中大巷以及5033 巷煤柱间距为35 m。由于受5303 工作面采动影响，回风二巷工作面侧煤壁出现片帮、巷帮移近、顶板下沉等现象。通过围岩监测发现最大移近量为1.038 m，顶板最大下沉量为0.497 m，最大底鼓量为1.211 m，导致回风二巷成型效果差，威胁着巷道安全运输。

图1 回风二巷平面布置示意图

2 回风二巷围岩受力特点分析

（1）工作面强烈采动影响。回风二巷围岩为煤体，与5303 工作面间距为35 m，且与5303 工作面推进方向平行布置，工作面在回采过程中的采动应力及周期来压应力通过煤层传递作用，对回风二巷工作面侧煤壁影响较大，巷道两帮及顶板围岩分别产生垂直剪切应力，导致回风二巷巷帮及顶板出现变形、破碎现象。

（2）动压影响时间长。回风二巷分别与5303、5304 工作面平行布置，5303 工作面回采结束后继续回采5304 工作面，导致回风二巷受回采工作面侧向支承压力影响时间长，巷道在持续压力作用下围岩稳定性差。

（3）服务周期长。由于回风二巷服务于整个盘区回风任务，5303、5304 工作面回采后回风二巷两侧均为采空区，受采空区残余应力影响，回风二巷处于应力卸压区，巷道内产生卸压空间，加剧巷道顶板受采空区残余集中应力破坏作用，留巷难度大。

（4）护巷煤柱尺寸较小。回风二巷与53033巷之间净煤柱35 m，回风一巷布置在回风二巷与辅助运输巷之间30 m 净煤柱顶板岩层中，与两巷的平距分别为10 m 和15 m。辅助运输巷与胶带巷之间净煤柱15 m。巷道密集且巷间煤柱尺寸小，应力集中程度高，回风二巷留巷难度非常大。

3 水力切顶卸压技术应用分析

为了保证回风二巷能够长期为东五盘区其它工作面服务，提高巷道围岩稳定性，决定通过在53033 巷进行切顶卸压施工，切断集中应力对回风二巷的影响。

3.1 水力切顶卸压技术原理

水力切顶卸压技术主要是在工作面回采前，采用专用钻具及开槽钻头在顶板施工钻孔并进行横向切槽。钻孔施工完后对钻孔进行封孔处理，然后对钻孔进行高压注水施工，使切槽端产生裂隙并沿指定方向进行扩展，从而使上覆岩层中产生“预破裂隙面”。当工作面回采时超前侧向应力传递至卸压孔处时进行卸压作业，阻止应力传递。回采后采空区顶板沿“预破裂隙面”进行断裂垮落，减少悬臂梁的跨距，从而有效改善了留巷段应力状态，降低了留巷段破碎、变形、片帮等现象。如图2 所示。

3.2 水力切顶卸压施工工艺

（1）53033 巷内水力切顶卸压钻孔采用双侧布置方式。第一排钻孔布置在53033 巷位于回风二巷侧巷帮煤壁上，钻孔深度为40 m，钻孔间距为10 m，钻孔倾角为60°；第二排钻孔施工在巷道顶板上，距煤柱侧帮间距为2.0 m，钻孔深度为32 m，钻孔间距为10 m，钻孔倾角为70°。如图3 所示。

（2）采用CMQ1-1200/30 型单臂煤矿用切顶卸压钻机配套KZ54 型切槽钻头进行钻孔施工，钻孔直径为56 mm。钻孔施工完后，钻孔孔口处安装一个跨式膨胀型封隔器。

（3）钻孔施工完后，采用3ZSB80/62-90 型高压水泵对钻孔进行注水压裂施工。在注水压裂时先对高压水泵通水再通电，并慢慢加压，当压力增加至5 MPa 时顶板预裂缝开裂。单孔注压时间应根据现场钻孔成型及顶板岩性确定。正常情况下单孔注水时间控制在30 min 左右，从而保证注水压裂后，钻孔终孔位置能够形成连续的横向裂纹。当钻孔有水渗出时，立即停止注水。

图2 水力切顶卸压技术施工示意图

图3 水力切顶卸压钻孔断面、平面布置示意图

3.3 实际应用效果分析

为了分析水力切顶卸压技术对回风二巷围岩稳定性影响，在回风二巷位于5303 工作面侧分别设两个测站，在测站内安装围岩变形监测装置。其中1#测站布置在非卸压区，2#测站布置在卸压区。通过围岩变形观察发现：采用水力压裂切顶卸压技术后，回风二巷巷道变形现象得到了有效控制，两帮最大移进量降低至692 mm，降低了33.4%；顶板最大下沉量降低至217 mm，降低了66.4%；底鼓量降低至652 mm，降低了45.8%。如表1 所示。

表1 水力切顶卸压施工前后回风二巷道表面位移对照表

4 结束语

（1）5303 工作面在回采期间对回风二巷未采取卸压技术时，采动应力主要集中在回采巷道周围岩体，分布范围广,应力集中程度高，应力和围岩传递作用对回风二巷影响较大。

（2）采取水力切顶卸压技术后，由于工作面在回采中顶板垮落相对较充分，减少了悬臂梁的影响，缩小了回采应力影响范围，回采应力传递至水力切顶卸压带时得到了充分释放，阻止了应力向回风二巷传递作用，避免回采应力对回风二巷破坏作用。

（3）水力切顶卸压技术可有效阻止工作面回采产生的残余和超前支承应力的传递范围，使应力转移至围岩深处，调动围岩深部的承载能力，改善留巷的受力环境。