礦井切頂卸壓沿空留巷技術(shù)研究

白耀宗

（太原正越工程設(shè)計有限公司，山西 太原 030000）

引言

結(jié)合傳統(tǒng)的井下回采作業(yè)來看，會使用留煤柱的工藝進(jìn)行回采，不過在受到圍巖載荷大的影響后，極容易出現(xiàn)煤柱變形的問題，進(jìn)而引發(fā)嚴(yán)重的沖擊地壓問題和瓦斯事故，不僅會威脅到生產(chǎn)的安全性，也會在煤柱應(yīng)用下造成資源浪費(fèi)。針對當(dāng)前普遍應(yīng)用的沿空留巷技術(shù)而言，可以取消保護(hù)煤柱的應(yīng)用，在其具有的支護(hù)方便和強(qiáng)度可控下，可以在避免資源浪費(fèi)下，提高開采的安全性，因此有必要對切頂卸壓沿空留巷技術(shù)進(jìn)行研究。如何做好該技術(shù)的應(yīng)用，也成為很多煤礦企業(yè)需要考慮的問題。

1 8216 綜采工作面概況

以某礦井8216 綜采工作面為例，其具體位于井下三采區(qū)東側(cè)，主要開采煤層為3 號煤層。具體在煤層基本參數(shù)中，該煤層厚度在2.3～2.9 m 之間、埋深在495 m 左右、傾角在3°～7°之間；具體在煤層結(jié)構(gòu)中，該煤層的老底為粉砂巖層（厚6.5 m）、下部直接底為泥質(zhì)粉砂巖（厚10.3 m）、老頂為中粒砂巖層（厚13.3 m）、上部直接頂為泥質(zhì)粉砂巖層（厚4.7 m）。

在8216 綜采工作面中，作業(yè)面傾向長度185 m、走向長度1 665 m，且通風(fēng)方式為U 型通風(fēng)；在回采巷道設(shè)計中，采用矩形巷道，具體尺寸為寬×高=5 400 mm×2 700 mm。結(jié)合該綜采工作面的生產(chǎn)需要，為了改進(jìn)作業(yè)面采掘交替的緊張局面，同時提高煤礦的回收效率，需要在回采巷道內(nèi)使用切頂卸壓沿空留巷技術(shù)[1]。

2 切頂卸壓技術(shù)原理

在回采巷道進(jìn)行切頂卸壓技術(shù)應(yīng)用時，會在軌道巷道應(yīng)力較為集中的區(qū)域或者懸頂區(qū)域進(jìn)行定向聚能爆破，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)切頂卸壓的效果。通過有效的切頂卸壓可以有效消除懸頂現(xiàn)象，同時降低沿空留巷頂板懸臂梁所承受的旋轉(zhuǎn)變形壓力和荷載力，當(dāng)巷道中巖梁傳遞給巷內(nèi)支護(hù)和巷旁的載荷較小時，便可以保證巷道具有良好的力學(xué)環(huán)境，支持煤礦回采工作的高效率、安全進(jìn)行。其中沿空留巷懸頂和沿空留巷預(yù)裂爆破切頂卸壓的效果，可以分別參考圖1-1、圖1-2[2]。

圖1 懸頂及預(yù)裂爆破切頂卸壓的效果

3 切頂卸壓沿空留巷技術(shù)方案研究

3.1 工藝流程分析

在進(jìn)行切頂卸壓沿空留巷技術(shù)應(yīng)用中，工藝流程有以下幾點(diǎn)[3]：第一，在回采巷道的超前作業(yè)面中，需要對一次回采側(cè)進(jìn)行切縫鉆孔施工，使留巷道頂板可以結(jié)合預(yù)先設(shè)計的方向?qū)崿F(xiàn)連續(xù)切縫的產(chǎn)生；第二，隨著回采作業(yè)的持續(xù)進(jìn)行，采空區(qū)的頂板會在上部巖層壓力下沿著切縫垮落；第三，采空區(qū)內(nèi)的垮落巖層會在擋矸支護(hù)的作用下變?yōu)榱粝锒蜗飵?。具體的施工工藝下面進(jìn)行詳細(xì)闡述。

3.2 巷道超前支護(hù)

在8216 綜采工作面中，最開始采用錨網(wǎng)索聯(lián)合的支護(hù)工藝，不過為了提高留巷段中頂板的穩(wěn)定性，需要在一次開采側(cè)對頂板進(jìn)行錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，具體要用長8 000 mm、直徑21.6 mm 的鋼絞絲錨索，且布設(shè)排距控制在1 000 mm 左右。需要注意的是，補(bǔ)強(qiáng)錨索需要配套使用預(yù)應(yīng)力鋼托盤，具體尺寸為300 mm×300 mm×16 mm，在開孔與煤壁相隔600 mm 下使用BHW 型鋼帶完成對錨索支護(hù)的再強(qiáng)化。

3.3 切頂爆破鉆孔

在進(jìn)行切頂卸壓沿空留巷技術(shù)中，切頂爆破鉆孔技術(shù)較為關(guān)鍵，需要關(guān)注以下幾個方面：第一，在位置選擇中，需要在巷道一次回采側(cè)，同時與巷幫相隔600 mm 的位置借助錨索鉆車進(jìn)行切頂爆破鉆孔施工，且單個鉆孔的直徑、深度、傾角和間距分別為50 mm、8 000 mm、70°和600 mm；第二，在材料選擇中，結(jié)合爆破作業(yè)的需求，該井下作業(yè)選擇的二級乳化炸藥，在單個藥卷參數(shù)上，直徑和長度分別為35 mm、180 mm，同時切頂爆破中鉆孔內(nèi)的炸藥裝藥長度需要控制在5 m 左右、封孔長度在3 m 左右，整體裝藥方式選擇不耦合間隔式，具體可以參考圖2；第三，在進(jìn)行裝藥作業(yè)中，需要由專業(yè)的人員負(fù)責(zé)，確保各個藥卷之間由導(dǎo)爆索相連，并且合理控制單次引爆鉆孔的數(shù)量，最后展開爆破鉆孔作業(yè)。

圖2 孔內(nèi)裝藥結(jié)構(gòu)

3.4 加強(qiáng)架后支護(hù)

為了提高回采的安全性，需要在巷道端頭支架的后方200 m 范圍中，通過單體液壓支柱、切頂護(hù)幫支架和11 號工字鋼梁對巷道頂板進(jìn)行臨時性的補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)工作，一般在滯后作業(yè)面200 m 且確保頂板具有良好穩(wěn)定情況下再對臨時的支護(hù)設(shè)備進(jìn)行全部回撤或者間隔回撤。架后加強(qiáng)支護(hù)可以參考圖3，在進(jìn)行具體支護(hù)工作中還需要留意以下方面工作：第一，控制切頂護(hù)幫支架和巷幫的間距為500 mm，同時要求作業(yè)阻力大于24 MPa；第二，控制單體液壓支柱和巷幫的間距為500 mm，同時要求作業(yè)阻力大于12 MPa；第三，在切頂護(hù)幫支架上，需要布設(shè)3 根11 號工字鋼梁，且布設(shè)間距在1 200 mm 左右，同時要求每根工字鋼梁有一個單體液壓支柱進(jìn)行支護(hù)。

圖3 架后加強(qiáng)支護(hù)示意圖（單位：mm）

3.5 擋矸支護(hù)作業(yè)

結(jié)合該煤礦井下的切頂卸壓技術(shù)應(yīng)用，在巷道擋矸支護(hù)體的組成中，包括單體液壓支柱、U 型鋼和金屬網(wǎng)等，具體施工中需要關(guān)注以下施工要點(diǎn)：第一，在進(jìn)行回采作業(yè)中，需要在留巷段一次開采幫中進(jìn)行擋矸支護(hù)體的布設(shè)；第二，需要利用U 型鋼在采空區(qū)側(cè)進(jìn)行全封閉掛網(wǎng)，注意將U 型鋼的間隔控制在350 mm；第三，結(jié)合留巷區(qū)段頂板、底板巖性強(qiáng)度問題，需要使用穿靴戴帽的方式對U 型鋼進(jìn)行處理，預(yù)防對頂?shù)装逶斐蓳p害。

3.6 留巷段防漏風(fēng)

結(jié)合井下煤礦生產(chǎn)的需要，在回采巷道留巷區(qū)段需要進(jìn)行風(fēng)筒布的布設(shè)，降低留巷作業(yè)時的漏風(fēng)量。另外，在回采面200 m 以外的地方需要進(jìn)行留巷表面混凝土的噴涂，且控制厚度在160 mm。最后，當(dāng)留巷段防漏風(fēng)技術(shù)的應(yīng)用中，當(dāng)混凝土防護(hù)層出現(xiàn)裂縫時，需要對巷幫噴涂高分子材料進(jìn)行封堵。

4 切頂卸壓沿空留巷技術(shù)的實(shí)踐效果討論

在8216 綜采工作面進(jìn)行切頂卸壓沿空留巷技術(shù)的應(yīng)用后，為了解應(yīng)用效果，需要對留巷區(qū)段圍巖的變形情況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，經(jīng)過長期監(jiān)測獲得有效數(shù)據(jù)后，具體有以下實(shí)踐效果：第一，在超前支護(hù)方式的作用下，超前支撐壓力對巷道頂板下沉的影響大幅度降低；第二，在架后補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)施工后，頂板的支護(hù)強(qiáng)度有效提高，且留巷期間的頂板下沉量有著先快后緩慢平穩(wěn)的特點(diǎn)。最終，頂板下沉量為130 mm、底板無明顯底鼓現(xiàn)象、巷幫變形量為60 mm，整體效果良好。在對圍巖變形情況進(jìn)行監(jiān)測后，可以了解到切頂卸壓沿空留巷技術(shù)有著良好的應(yīng)用效果，能更好地提高煤礦資源的開采效率并確保巷道作業(yè)安全，滿足煤礦企業(yè)的發(fā)展需要。

5 結(jié)語

切頂卸壓沿空留巷技術(shù)是一種安全性高、回采效果好的巷道留設(shè)工藝，在當(dāng)前煤礦生產(chǎn)的大環(huán)境中，采用該技術(shù)進(jìn)行煤礦回采，有著較高的綜合效益。在實(shí)際應(yīng)用該技術(shù)時，需要明確工藝流程，同時注重巷道超前支護(hù)、切頂爆破鉆孔、加強(qiáng)架后支護(hù)、擋矸支護(hù)作業(yè)和留巷段防漏風(fēng)等方面工作，以此提高切頂卸壓技術(shù)的應(yīng)用效果。通過在8216 綜采工作面中的實(shí)踐應(yīng)用，在進(jìn)行留巷區(qū)段圍巖變形情況的監(jiān)測后，并未發(fā)現(xiàn)圍巖明顯變形，代表該技術(shù)有著良好的實(shí)用價值，能促進(jìn)礦井生產(chǎn)朝著可持續(xù)的方向發(fā)展。