三軟極不穩(wěn)定煤層孤島工作面切頂卸壓沿空留巷“三強(qiáng)”技術(shù)研究

摘要：義煤公司東部礦井普遍面臨地質(zhì)條件復(fù)雜，瓦斯治理工作難度大，水害嚴(yán)重，嚴(yán)重制約礦井安全高效發(fā)展，尤其是新義礦業(yè)屬“三軟”極不穩(wěn)定煤層，礦界內(nèi)村莊較多，初期工作面跳采，導(dǎo)致目前布置的工作面多為孤島工作面，壓力顯現(xiàn)明顯，支護(hù)困難，兩巷巷修工程量大，受限員管理規(guī)定影響，工作面回采難度大，礦井經(jīng)營(yíng)一度困難陷入破產(chǎn)關(guān)閉的邊緣。為有效解決制約企業(yè)發(fā)展的瓶頸問(wèn)題，近兩年在公司和上級(jí)部門領(lǐng)導(dǎo)下，通過(guò)走出去交流學(xué)習(xí)，結(jié)合礦井實(shí)際條件，通過(guò)強(qiáng)支護(hù)、強(qiáng)切頂、強(qiáng)卸壓三方面的深入探索研究，在三軟極不穩(wěn)定煤層孤島工作面切頂卸壓沿空留巷技術(shù)研究方面取得突破性進(jìn)展，礦井逐步走出困境實(shí)現(xiàn)扭虧。

關(guān)鍵詞：三強(qiáng);三軟;極不穩(wěn)定;切頂卸壓;強(qiáng)支護(hù);強(qiáng)切頂;強(qiáng)卸壓

傳統(tǒng)工作面布置及開(kāi)采方式存在“巷道掘進(jìn)工程量大、掘進(jìn)及維護(hù)成本高、護(hù)巷煤柱資源浪費(fèi)”等諸多問(wèn)題，此外工作面接替無(wú)法順采，跳采形成孤島，違反防突有關(guān)規(guī)定，造成后期瓦斯治理及礦壓控制極為困難。沿空留巷是“降低成本投入、提高資源回收、緩解接替緊張、實(shí)現(xiàn)高效開(kāi)采”的有效手段。但傳統(tǒng)留巷技術(shù)存在較多問(wèn)題，其工藝復(fù)雜、施工繁瑣、成本高，影響工作面推進(jìn)度，且砌墻或充填體均為剛性材料，不具備大變形特性，受力較為集中，易被壓垮，造成沿空巷道失穩(wěn)。義煤公司新義礦業(yè)結(jié)合礦井實(shí)際，探索國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及工程應(yīng)用情況，在11090工作面成功應(yīng)用切頂卸壓留巷技術(shù)。

1.留巷方案

切頂留巷自11090膠帶順槽700m處開(kāi)始，工藝流程主要以“補(bǔ)、切、護(hù)”為核心，具體為：巷道超前區(qū)補(bǔ)強(qiáng)加固→超前預(yù)裂切縫（切頂眼打設(shè)→預(yù)裂爆破切頂）→工作面端頭管理→滯后臨時(shí)支護(hù)區(qū)支護(hù)（非煤墻側(cè)幫部補(bǔ)強(qiáng)加固、采空區(qū)側(cè)擋矸防護(hù)）→沿空留巷支護(hù)與端頭支護(hù)聯(lián)合布置→完成沿空留巷。

2.切頂留巷技術(shù)要點(diǎn)

通過(guò)切頂沿空留巷實(shí)踐研究，發(fā)現(xiàn)留巷成功與否的關(guān)鍵在于“三強(qiáng)”（強(qiáng)支護(hù)、強(qiáng)切頂、強(qiáng)卸壓）關(guān)鍵技術(shù)的落實(shí)。

2.1 強(qiáng)支護(hù)（巷道超前補(bǔ)強(qiáng)方案）

為保證切頂過(guò)程和周期來(lái)壓期間巷道的穩(wěn)定性，在對(duì)巷道頂板進(jìn)行預(yù)裂切頂前采用錨索進(jìn)行超前補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。頂板錨索由原來(lái)的每排3根加密至5根、間排距由原來(lái)的1.6m×2m縮小至0.8m×1m，其中沿空側(cè)錨索距巷幫500mm，頂板錨索采用φ18.9×7500mm、φ18.9×10000mm及φ22mm×6300mm注漿錨索三種規(guī)格;同時(shí)在實(shí)體煤幫每排增加2根錨索、間排距1.4m×0.8m，錨索規(guī)格φ18.9×4300mm;預(yù)緊力不小于200KN。

2.2 ?強(qiáng)切頂（超前切頂爆破方案）

結(jié)合地質(zhì)資料和鉆探、窺視成像情況，確定切頂孔深度15m（切入老頂），切縫線與鉛垂線夾角10°、距采空區(qū)側(cè)煤壁平均0.2m（中線偏右2.2m），鉆孔直徑45mm，間距0.6m。根據(jù)切頂卸壓自動(dòng)成巷工程經(jīng)驗(yàn)，確定每孔裝藥15節(jié)，采用pvc半管裝藥，封孔長(zhǎng)度5m，一次起爆眼數(shù)8～16個(gè)深孔，8～16個(gè)淺孔，超前工作面不少于50m。

3.強(qiáng)卸壓（沿空留巷巷幫支護(hù)方案）

3.1 工作面端頭管理

為保護(hù)頂板支護(hù)錨索不被破壞，將端頭1#排頭架向工作面切眼內(nèi)挪移，工作面1#排頭架與頂板最邊緣一排錨桿向外間距不大于0.2m。工作面排頭架1-2架支架頂部上網(wǎng)（菱形網(wǎng)），防止采空區(qū)頂板矸石垮落，竄入巷道?；夭傻酵２删€前720m開(kāi)始上網(wǎng)，不設(shè)專職人員，轉(zhuǎn)載機(jī)司機(jī)和溜子司機(jī)配合。為防止采空區(qū)頂板矸石垮落，竄入巷道，增加安裝擋矸柱時(shí)施工安全系數(shù)，在1#、2#排頭架安裝自主加工臨時(shí)防護(hù)裝置控制頂板。

3.2 采空區(qū)擋矸防護(hù)

擋矸支護(hù)緊貼支架后方施工，滯后支架不超過(guò)0.5m。工作面后方沿空留巷巷幫擋矸防護(hù)采用“金屬菱形網(wǎng)+擋風(fēng)布+背木+可伸縮U型鋼點(diǎn)柱+連接板”方式。留巷效果主要取決于擋矸防護(hù)措施是否有效，為保證擋矸防護(hù)效果，在相鄰兩根擋矸柱之間增加連扳進(jìn)行連鎖，擋矸柱與頂板之間采用廢舊錨桿進(jìn)行固定，增加擋矸柱的穩(wěn)定性。

3.3 留巷段加強(qiáng)支護(hù)

架后0-200m留巷段動(dòng)壓影響范圍需進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，采空區(qū)側(cè)距幫1m打設(shè)1排液壓抬棚，實(shí)體煤側(cè)距幫1m打設(shè)1排“單體柱+π型梁”抬棚，初撐力不低于24Mpa。

3.4 穩(wěn)定區(qū)減少支護(hù)

架后200m之后區(qū)域的頂板活動(dòng)基本趨于穩(wěn)定，通過(guò)礦壓觀測(cè)數(shù)據(jù)，依次減少抬棚數(shù)量，確保沿空留巷在下一個(gè)工作面開(kāi)采前的穩(wěn)定。

4.效益分析

（1）采用切頂留巷，縮短了工作面形成時(shí)間，工作面提前投產(chǎn)3—4個(gè)月，有效緩解了接替緊張問(wèn)題。

（2）采用切頂留巷，不存在煤巷掘進(jìn)實(shí)施區(qū)域防突措施問(wèn)題，采空區(qū)積水可直接滲流到留巷內(nèi)疏排，消除了掘進(jìn)期間突出、瓦斯超限、透水等重大風(fēng)險(xiǎn)。

（3）采用切頂留巷，工作面可少掘1條煤巷，每米節(jié)約掘進(jìn)成本9200元（留巷成本3100元/米），不再留設(shè)沿空掘進(jìn)護(hù)巷煤柱，每米多回收原煤20噸（8000元以上）。綜合兩項(xiàng)，每米巷道直接效益14100元，全部工程直接效益1029萬(wàn)元。

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作者簡(jiǎn)介：楊楠（1987—），男，河南省義馬市人，2009年畢業(yè)于中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，土木工程專業(yè)，現(xiàn)在河南大有能源股份有限公司生產(chǎn)技術(shù)處從事采掘技術(shù)管理工作。