巨厚砂礫巖頂板切頂卸壓無煤柱自成巷的應用

馮兆偉++曹云龍++黃文財

摘 要：切頂卸壓自動成巷無煤柱開采技術能夠實現安全留巷、降低成本提高煤炭回采率，已在國內許多礦區得到大范圍的應用推廣。針對鐵煤集團東林煤礦W1-106工作面巨厚砂礫巖頂板情況設計了其切頂卸壓無煤柱自成巷關鍵參數，通過現場試驗與應用，工程效果良好，可以有效防治因留設煤柱帶來的突發災害、浪費資源、生產接替緊張、巷道難維護等技術難題，具有較大的工程實踐價值及較高的經濟效益和社會效益。

關鍵詞：切頂卸壓 沿空留巷 110工法 無煤柱開采

中圖分類號：TD353 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）10（a）-0028-02

鐵煤集團東林煤礦采用走向長壁開采方法，以往通過留設隔離煤柱的辦法保護待采工作面順槽。因采空區及巷道超前壓力造成巷道變形量大，投入較大人力、物力進行巷道維修，并且嚴重丟煤，造成資源浪費。采用切頂卸壓沿空成巷無煤柱開采技術能夠較好的回收煤柱，多回收煤炭資源，并在一定程度上緩解生產接續緊張的現實問題。

1 切頂卸壓技術原理及優點

何滿潮院士等提出“切頂卸壓沿空成巷無煤柱開采技術工藝”，即110工法。每個工作面回采只需掘進1條順槽巷道，另1條巷道通過對上一工作面巷道切頂卸壓自動成巷形成。工作面煤層回采前，在回采巷道沿即采空區側定向爆破預裂切頂，同時采用恒阻大變形錨索支護回采巷道頂板圍巖，待工作面回采后，在礦山壓力作用下沿切縫將頂板切落形成巷幫，隔離采空區保證回采巷道完整性，同時減弱頂板的周期性壓力。

2 工作面工程概況及工程地質條件

東林煤礦W1-106工作面位于西一采區西南部，工作面頂板與地表垂直距離138.39～206.17m。本工作面走向長1223～1395m，傾斜長90.6～173.8m，回采面積205297m。

表1為W1-106工作面綜合柱狀圖。工作面直接頂為：工作面兩順局部均發育有泥巖、泥質砂巖、薄煤互層的直接頂，最小厚度0.20m，最大厚度大于6.0m。

工作面基本頂為：直接賦存于煤層或直接頂之上，巖性為砂礫巖，平均81.63m，工作面里段煤層頂板距第三系含水層底界面21～24m，外段最厚，80.0～136.0m。

本工作面內煤層無巖漿巖體、陷落柱。預計工作面內有6處沖刷變薄帶，由于煤層變薄，且頂板凹凸不平，故對回采及煤質有一定影響。

3 巨厚砂礫巖頂板沿空留巷設計

3.1 定向預裂切縫爆破

采用雙向聚能爆破預裂技術，對頂板在一定深度范圍內沿巷道走向進行切縫預裂爆破，煤層頂板在礦山壓力作用下沿切縫垮落，由于巖石的碎脹特性，垮落的巖石充滿采空區并對頂板進行有效支撐。

預裂切縫深度設計公式如下：H縫=（H煤-ΔH1-ΔH2）/（K-1）。

式中：ΔH1為巷道頂板下沉量；ΔH2為底臌量；K為垮落巖石碎脹系數。

根據該礦頂板巨厚砂礫巖頂板的巖性及實測得到K為1.4，取工作面最大采高為3.5m時，得到所需切縫深度為9.0m。切縫孔布置在巷幫與頂板夾角處，與水平線夾角為75°（如圖2所示），切縫孔間距400mm。

通過幾種現場裝藥參數爆破效果的對比，確定裝藥結構5+5+4+3+1（頂板最硬區段為6+5+4+4+3），封泥2.25m時，連孔起爆，裂縫率高，裂縫均勻貫通。圖1為預裂切縫爆破參數圖。

3.2 恒阻錨索加強支護

為了保證巷道的穩定性，在對巷道頂板進行預裂切頂前采用恒阻大變形錨索補強加固。根據該礦頂板巨厚砂礫巖頂板的巖性，恒阻大變形錨索設計共布設兩列（如圖2所示）。

恒阻大變形錨索直徑取為21.8mm，長度取為11300mm，恒阻器長450mm，直徑68mm，恒阻值為（30±2）t，預緊力不小于25t。

3.3 巷道臨時支護及擋矸支護設計

根據以往現場監測數據，將工作面附近劃分為3個區：超前支護區（工作面前方30m），架后臨時支護區（架后0～150m）和成巷穩定區（架后150m之后），不同分區根據需要采取不同的支護措施。

根據該公司的實際情況及頂板特性，采用單體配合“π”型梁進行架后臨時支護。

成巷穩定區巷道受采動影響很小，根據礦壓監測監控進行壓力分析，如壓力變化穩定，可認為該區域已趨于穩定狀態，可將臨時支護單體撤掉，只保留U型鋼進行擋矸。

4 現場應用情況

依據上述關鍵參數，在W1-106工作面運輸順槽進行了現場試驗和應用，目前已成巷500m，效果如圖3所示。通過預裂定向聚能切縫爆破，順利地切斷了巷道和采空區頂板之間的聯系，垮落巖石充填效果良好，順利保留了巷道。如圖4所示，通過十字測點監測巷道圍巖變形，得到滯后工作面150m左右巷道穩定。

5 結語

鐵煤集團東林煤礦巨厚礫巖頂板條件下切頂卸壓沿空成巷無煤柱開采現場應用效果良好，達到了技術可行、經濟合理、安全開采的目標。

（1）運用該項技術利用礦壓和圍巖運動自動形成下一工作面順槽，減少一半巷道掘進量，緩解了工作面接續緊張的問題，同時多回收了煤炭資源，提高經濟效益。

（2）通過對沿空成巷無煤柱開采在巨厚砂礫巖頂板條件下的關鍵參數設計及現場應用，實現該項技術理論和技術的新突破，擴大了該項技術推廣應用的條件。

參考文獻

[1] 何滿潮，宋振騏，王安，等.長壁開采切頂短壁梁理論及其110工法——第三次礦業科學技術變革[J].煤炭科技，2017（1）：1-19.

[2] 何滿潮，郭志飚.恒阻大變形錨桿力學特性及其工程應用[J].巖石力學與工程學報，2014（7）：1297-1308.

[3] 何滿潮，高玉兵，楊軍，等.無煤柱自成巷聚能切縫技術及其對圍巖應力演化的影響研究[J].巖石力學與工程學報，2017（6）：1314-1325.

[4] 何滿潮，曹伍富，單仁亮，等.雙向聚能拉伸爆破新技術[J].巖石力學與工程學報，2003（12）：2047-2051.endprint