回采工作面切頂卸壓無煤柱留巷技術(shù)研究

孟光華

（山西汾西正善煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 孝義 032300）

沿空留巷技術(shù)可以實現(xiàn)無煤柱開采，最大程度提高開采率，緩解采掘接替緊張局面，在突出礦井以及深部開采礦井中應(yīng)用具有顯著優(yōu)勢[1-3]。近些年來，切頂卸壓留巷技術(shù)憑借圍巖控制效果顯著，成巷效果好等優(yōu)點，在煤礦井下應(yīng)用日益廣泛[4-7]。文中以6301巷留巷為工程背景，對切頂卸壓留巷技術(shù)展開研究，以期為其他礦井留巷工作開展提供借鑒。

1 工程概況

山西某礦6301綜采工作面開采3號煤，厚度6.0 m，埋深480 m，煤層原始瓦斯含量為10.6 m3/t，屬于突出礦井，礦井采用大采高綜采工藝開采6號煤。6301綜采工作面走向長1466.9 m、傾斜長296.3 m，回采巷道布置采用“三進兩回”方式，受瓦斯治理影響，巷道掘進效率低。為了降低巷道掘進工程量并增加采面煤炭回收率，礦井提出采用切頂卸壓留巷方式保留6301巷為臨近的6303采面回采服務(wù)，留巷段長度共計600 m。

6301綜采工作面開采的3號煤層總體處于背斜構(gòu)造，兩翼傾角變化范圍為0°～10°，平均5°，根據(jù)三維地震資料顯示，地質(zhì)構(gòu)造較簡單。煤層頂?shù)装鍘r性以砂巖、泥巖為主，具體頂板巖性見圖1所示。

圖1 3號煤頂板巖層柱狀圖

2 切頂卸壓技術(shù)方案

在留巷前即采用高強恒阻錨索對頂板強化支護，超前回采工作面30 m即采用深孔松動爆破方式進行切頂，以便3號煤基本頂可沿著切頂線垮落；采面推進后，工字鋼、單體、U型鋼等對組合對頂板、巷幫圍巖進行控制。

2.1 超前支護

采用恒阻錨索對留巷巷道進行支護，根據(jù)6301綜采工作面頂板巖層巖性，布置的恒阻錨索長度為16.8 m，錨固端在頂板穩(wěn)定的粉砂巖、細粒砂巖層中，該層巖層賦存穩(wěn)定。具體在6301巷頂板布置兩排恒阻錨索，錨索間排距分別為1000 mm×2000 mm，其中最外側(cè)錨索與采空區(qū)幫煤壁間距500 mm，并采用W鋼帶將不同錨索連接起來，提高頂板巖層圍巖控制能力。

2.2 中深孔切頂爆破工藝

2.2.1 爆破孔開孔位置及傾角

結(jié)合6301工作面設(shè)備布置情況及履帶式專用鉆機設(shè)備等情況，確定爆破鉆孔與煤柱幫距離S=200 mm。結(jié)合6301工作面頂板基本頂厚度及專用鉆機的施工情況，確定鉆孔傾角β向工作面后方傾斜，α=0°，β=75°。為了提高卸壓效果，每兩個爆破鉆孔間增加一個空孔，增加了爆破的自由面，以提高爆破的效果。

2.2.2 切頂高度及鉆孔深度

2.2.2.1 切頂高度H0

根據(jù)3號煤層頂板巖層柱狀圖（見圖2），6301巷斷面為5.0 m×3.8 m均沿底板掘進，直接頂為3號煤頂煤、厚度h1=2.2 m，基本頂為砂巖層、厚度h2=16.24 m。切頂高度以切斷3號煤層基本頂為宜，從而使得基本頂可沿切頂線垮落，因此確定切頂高度H0=h1+h2=18.44 m。

圖2 爆破孔傾角β示意圖

2.2.2.2 鉆孔深度H

切頂卸壓時以切斷巷道頂板基本頂應(yīng)力傳遞路徑為目標(biāo)，具體鉆孔深度H可通過如下公式計算：

式中：H0為切頂高度，H0=18.44 m；α為爆破切頂鉆孔與豎直方向的夾角，α=0°；β為爆破切頂鉆孔與水平方向的夾角，β=75°。

經(jīng)計算求得：H=18.59 m。

2.2.3 爆破孔布置參數(shù)

根據(jù)礦井井下鉆機、鉆桿、鉆頭等設(shè)備，結(jié)合工作面頂板巖性、鉆孔施工要求等，確定該爆破孔孔徑為75 mm，鉆孔間距L=2 m。具體爆破孔布置參數(shù)見表1。

表1 爆破鉆孔參數(shù)表

2.2.4 裝藥結(jié)構(gòu)

松動爆破卸壓采用不耦合連續(xù)裝藥方式，為了降低引爆雷管使用量并提升松動爆破安全性，爆破孔采用雙導(dǎo)爆索、雙雷管方式，。具體爆破孔裝藥結(jié)構(gòu)見圖3。

圖3 鉆孔裝藥結(jié)構(gòu)

松動爆破選用礦用三級乳化炸藥，質(zhì)量m=0.8 kg、長l=500 mm、直徑Φ=45 mm，不耦合系數(shù)K=1.67。裝藥段長度L裝=12 m，裝藥量為24卷/孔，單孔裝藥量Q=19.2 kg。封孔段長度L封=4.5 m，高水材料2.5 m、炮泥段3.0 m。

2.3 采面后方補強支護

在采面后方采用π型鋼梁、單體支柱按照一梁三柱方式構(gòu)成邁步式抬棚對頂板進行支護。在靠近采空區(qū)幫采用U型鋼、單體密集布置構(gòu)成擋矸支柱避免采空區(qū)內(nèi)冒落矸石進入到留巷巷道內(nèi)。在檔桿支柱旁布置風(fēng)筒布降低留巷段漏風(fēng)量。

3 留巷效果分析

在63011巷采用切頂卸壓留巷技術(shù)后，為了檢驗留巷效果，在留巷段內(nèi)間隔200 m布置2個測站對巷道圍巖變形情況進行監(jiān)測，測站監(jiān)測結(jié)果見下頁表2所示。

表2 圍巖變形監(jiān)測結(jié)果 mm

從變形監(jiān)測結(jié)果得知，在監(jiān)測的1個月時間內(nèi)，留巷段頂?shù)装?、巷幫累積變形量值分別為47 mm、23 mm，圍巖變形量處于高阻錨索變形范圍內(nèi)，變形量值較低。由此得知，在6301巷取的以切頂卸壓并結(jié)合高阻錨索、單體補強支護的留巷技術(shù)可滿足留巷段圍巖控制需要，效果顯著。

4 結(jié)論

1）將切頂爆破卸壓技術(shù)應(yīng)用到大采高工作面沿空留巷中，并根據(jù)6301巷頂板巖層條件具體設(shè)計了切頂卸壓爆破孔布置參數(shù)以及裝藥結(jié)構(gòu)。

2）為確保切頂卸壓安全進行，在切頂卸壓爆破孔施工前即采用高強恒阻錨索對巷道頂板補強；在切頂卸壓后采用單體結(jié)合工字鋼（π型鋼）對頂板進行支護，避免頂板出現(xiàn)較大下沉；在采面后方通過U型鋼、單體密集布置擋矸支柱，避免采空區(qū)內(nèi)冒落矸石進入到留巷段內(nèi)。

3）現(xiàn)場應(yīng)用后，留巷段頂?shù)装?、巷幫?個月內(nèi)累計變形量分別為47 mm、23 mm，圍巖變形量較小，表明文中所提切頂卸壓留巷技術(shù)可滿足留巷需要。