錦瑞礦8103 綜采工作面切頂卸壓沿空留巷技術(shù)研究

任建宇

（華晉焦煤有限責(zé)任公司錦瑞煤業(yè)， 山西 離石 033000）

長(zhǎng)期以來(lái)回采巷道一般采用大煤柱護(hù)巷，采用此種方式雖然可降低煤炭開(kāi)采難度，但是也存在煤炭資源回收率低、浪費(fèi)嚴(yán)重等問(wèn)題；同時(shí)當(dāng)巷道受臨近回采工作面強(qiáng)烈動(dòng)壓影響時(shí)，雖然預(yù)留有寬度介于15～30 m 煤柱，但是仍存在巷道圍巖變形量大、控制困難等問(wèn)題[1-2]。在回采工作面間預(yù)留的區(qū)段煤柱會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力集中，從而給下部煤層開(kāi)采帶來(lái)制約。沿空留巷具有提高煤炭采收率、緩解礦井采掘接替緊張局等優(yōu)點(diǎn)，在礦井煤炭資源回采中應(yīng)用逐漸廣泛，沿空留巷相對(duì)于傳統(tǒng)的煤柱護(hù)巷而言，在經(jīng)濟(jì)性以及安全性等方面均有顯著優(yōu)勢(shì)[4-7]。錦瑞礦開(kāi)采的8 號(hào)煤層煤質(zhì)優(yōu)越，為提高煤層資源回收率并緩解礦井采掘接替緊張局面，提出在8 號(hào)煤層8102 運(yùn)輸順槽使用切頂卸壓留巷技術(shù)。

1 工程概況

8103 回采工作面位于井田北部，北部為泰業(yè)煤業(yè)邊界線，南部為東翼回風(fēng)大巷，西部為8101 綜采工作面，東部是礦界，工作面標(biāo)高+750～+806 m，地面標(biāo)高+954.7～+1 036.0 m。工作面設(shè)計(jì)走向長(zhǎng)度為672 m，切眼長(zhǎng)255 m，8 號(hào)煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單- 較簡(jiǎn)單，全區(qū)可采，厚度2.90～3.50 m，平均3.21 m，煤層傾角0°～8°，工作面所處采區(qū)總體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

8103 工作面進(jìn)風(fēng)順槽毛斷面尺寸為5.2 m×3.2 m，采用錨網(wǎng)索支護(hù)，為提高采面煤炭開(kāi)采效率進(jìn)行切頂卸壓留巷，留巷長(zhǎng)度580 m。工作面煤層及頂?shù)装鍘r性特征情況如圖1 所示。

圖1 巖性特征

2 切頂卸壓留巷技術(shù)方案

2.1 切頂卸壓留巷段分區(qū)支護(hù)

綜采工作面前方超前應(yīng)力影響下，會(huì)導(dǎo)致回采巷道圍巖變形加??；在采面后方采空區(qū)頂板垮落過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致留巷段圍巖變形增加。依據(jù)采面動(dòng)壓、采空區(qū)頂板垮落以及巷道圍巖應(yīng)力情況，切頂卸壓留巷段可分為超前切頂區(qū)、超前支護(hù)區(qū)、滯后臨時(shí)支護(hù)區(qū)以及切頂卸壓成巷穩(wěn)定區(qū)，具體各區(qū)分布見(jiàn)圖2 所示。

圖2 切頂卸壓留巷段分區(qū)支護(hù)示意圖

超前切頂區(qū)主要用以恒阻錨索超前施工以及切頂卸壓，區(qū)間位于采面前方50 m 以外位置；超前支護(hù)區(qū)是采面超前支撐壓力顯現(xiàn)區(qū)域，范圍為采面前方0～50 m，此范圍采用單體、工字鋼組成邁步式抬棚進(jìn)行支護(hù)；采面后方采空區(qū)頂板彎曲、垮落范圍為滯后臨時(shí)支護(hù)區(qū)，位于采面后方150～200 m，為確保圍巖穩(wěn)定，采用檔桿支架以及單體支護(hù)等進(jìn)行支護(hù)；滯后臨時(shí)支護(hù)區(qū)之外為成巷穩(wěn)定區(qū)，此區(qū)間采空區(qū)頂板基本穩(wěn)定，圍巖變形量不大，可回撤支護(hù)用的單體、僅保留擋矸防護(hù)即可。

2.2 恒阻大變形錨索加固

通過(guò)恒阻大變形錨索提升留巷段頂板支護(hù)強(qiáng)度，從而提高后續(xù)切頂卸壓安全性。8 號(hào)煤層頂板有L1灰?guī)r、L2 灰?guī)r，賦存穩(wěn)定、堅(jiān)硬，為此將恒阻錨索布置在L2 灰?guī)r層上，考慮到后續(xù)需要切斷頂板灰?guī)r應(yīng)力傳遞路徑，為此恒阻錨索應(yīng)超過(guò)L2 灰?guī)r層1 m 以上，即將恒阻錨索長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為11.3 m、直徑21.8 mm。

在巷道內(nèi)靠近采空區(qū)幫布置3 列恒阻大變形錨索，其中第一列與采空區(qū)幫相距1.2 m、錨索排距1.0 m，并用W 鋼帶將錨索相連接；第二列及第三列分別距采空區(qū)幫2.7 m、4.2 m，排距均為2.0 m。恒阻大變形錨索均使用300 mm×300 mm×16 mm 平托盤(pán)。

2.3 頂板精準(zhǔn)定向預(yù)裂切縫方案

2.3.1 預(yù)裂切縫鉆孔布置

結(jié)合以往經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)8103 工作面頂板巖層情況，在8103 進(jìn)風(fēng)順槽靠近采空區(qū)幫700 mm 位置施工切縫孔，鉆孔向采空區(qū)側(cè)有15°角。切縫鉆孔斜長(zhǎng)（深度）10 m、鉆孔Φ52 mm。由于8 號(hào)煤層直接頂為L(zhǎng)1灰?guī)r硬度較大，根據(jù)以往沿空留巷經(jīng)驗(yàn)，確定炮孔間距500 mm 效果最佳。具體切頂卸壓留巷段恒阻錨索以及切縫鉆孔布置見(jiàn)圖3 所示。

圖3 8103 進(jìn)風(fēng)順槽恒阻錨索及切縫孔斷面圖

2.3.2 頂板精準(zhǔn)定向預(yù)裂爆破方式及裝藥結(jié)構(gòu)

1）爆破方式。預(yù)裂切頂鉆孔采用連續(xù)4 孔裝藥、中間間隔一孔不裝藥方式，現(xiàn)場(chǎng)同時(shí)爆破4 個(gè)鉆孔。通過(guò)鉆孔窺視儀觀測(cè)鄰近鉆孔間裂隙擴(kuò)展情況，對(duì)后續(xù)爆破方式進(jìn)行改進(jìn)。

2）裝藥結(jié)構(gòu)及工藝。鉆孔采用不耦合裝藥方式，具體使用D 型聚能管裝藥，聚能管規(guī)格為Φ33 mm×2 000 mm。預(yù)裂切頂鉆孔內(nèi)單米鉆孔炸藥使用量為0.5 kg，單孔內(nèi)裝入4.2 kg 炸藥，鉆孔使用炮泥封孔，長(zhǎng)度為2.0 m，鉆孔內(nèi)炸藥使用2 發(fā)雷管引爆。

2.4 架后支護(hù)

2.4.1 架后滯后臨時(shí)維護(hù)區(qū)（架后0～200 m）

采用4 根DW4.0 型單體柱+π 型鋼梁構(gòu)成架棚對(duì)頂板補(bǔ)強(qiáng)加固，架棚排距1 000 mm，支護(hù)范圍為采面后方0～200 m。在具體留巷過(guò)程中應(yīng)依據(jù)巷道圍巖變形情況合理確定滯后臨時(shí)維護(hù)區(qū)范圍，具體該范圍內(nèi)支護(hù)布置見(jiàn)圖4 所示。

圖4 架后臨時(shí)支護(hù)平面圖（mm）

2.4.2 巷幫擋矸支護(hù)

擋矸防護(hù)由“擋矸鋼筋網(wǎng)（金屬網(wǎng)）+幫檔矸架”構(gòu)成，檔矸架為RTD29-2500/01 伸縮式護(hù)幫支架，搭接長(zhǎng)度、間距分別為1 000 mm、500 mm。移動(dòng)采面端頭支架后，依次鋪設(shè)擋矸金屬網(wǎng)、布置檔矸架，金屬網(wǎng)、檔矸架均緊貼切縫邊緣布置并與液壓支架平行。具體巷道內(nèi)檔桿支護(hù)布置見(jiàn)圖5 所示。

圖5 架后擋矸支護(hù)

3 留巷效果分析

8103 進(jìn)風(fēng)順槽切頂卸壓后，對(duì)留巷段間隔50 m布置測(cè)站，對(duì)巷道頂板變形量以及下沉速度等進(jìn)行監(jiān)測(cè)。具體在監(jiān)測(cè)30 d 期間頂板下沉速度見(jiàn)表1 所示。

表1 頂板下沉監(jiān)測(cè)結(jié)果

由表1 可知，8103 進(jìn)風(fēng)順槽切頂卸壓后，頂板下沉量隨時(shí)間增加逐漸降低巷道下沉量呈逐漸降低趨勢(shì)并在支護(hù)完成30 d 時(shí)趨于穩(wěn)定，最終頂板下沉量穩(wěn)定到298 mm。

4 結(jié)論

1）將切頂卸壓留巷技術(shù)應(yīng)用到8103 進(jìn)風(fēng)順槽沿空留巷中，用恒阻錨索補(bǔ)強(qiáng)留巷段頂板、預(yù)裂切頂爆破切斷留巷段頂板應(yīng)力傳遞路徑、使用擋板支架以及單體支柱對(duì)采面后方留巷段頂板以及巷幫進(jìn)行控制。

2）現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，留巷段頂板下沉量在30 d 內(nèi)趨于穩(wěn)定，最大變形量為298 mm，同時(shí)巷幫以及底板底收斂量較小，可滿足巷道后續(xù)使用需要。