桑樹坪二號井切頂卸壓沿空留巷技術應用

付清文

(陜西陜煤韓城礦業有限公司生產技術部，陜西 韓城 715400)

0 引言

沿空留巷技術作為無煤柱護巷開采技術的一個方面，可以起到合理開發煤炭資源、提高回采率、減少掘進工程量、緩解采掘接續緊張的效果。張農[1]總結出“三位一體”圍巖控制及墻體快速構筑等沿空留巷圍巖控制關鍵技術；康紅普[2]指出深部沿空留巷在頂板斷裂位置、基本頂回轉及圍巖長期蠕變等方面與淺部留巷有很大區別；孫曉明[3]通過數值模擬方法，得出當直接頂巖層厚度遠大于采空區高度時，可實現頂板的順利切落成巷；石建軍[4]提出當沿空留巷受到采動影響時，采用合理的錨網支護措施可形成穩定結構，可有效控制頂板合理的懸露長度。

傳統的沿空留巷技術，存在圍巖穩定、巷旁支護、巷道圍巖整體穩定性較差，支護成本較高等問題。巷道切頂卸壓沿空留巷作為一種新的無煤柱護巷方法，將頂板斷裂線轉移至采空區側，頂板在側向形成了切頂斷臂梁結構，何滿潮等[5-7]認為，采用超前雙向張拉爆破技術結合巷道內橫阻大變形錨桿、索，可控制巷道圍巖穩定，得到廣泛應用。文章以桑樹坪煤礦3302工作面為研究背景，研究了巷道切頂卸壓沿空留巷技術在該礦的應用。

1 工作面概況與切頂卸壓

1.1 工作面概況

韓城礦業公司桑樹坪二號井3302工作面位于韓城井田西北部，南部以15 m煤柱與3301工作面采空區相鄰，北部為實體煤層，東部以中央輔助運輸大巷煤柱為界，西部以開切眼為實體煤層。工作面傾斜長918 m，切眼寬度195 m，本次試驗距離100 m。

偽頂為節理發育、破碎的泥巖，厚度在0.05～0.2 m。直接頂為厚層狀節理、裂隙發育的粉砂巖，與3#煤明顯接觸，厚度在1.5～1.8 m，較致密堅硬。老頂為中、細粒砂巖，厚度在3.0～8.0 m。

1.2 切頂卸壓技術原理

當工作面回采完畢后，在回采巷道將要形成采空區側的頂板定向預裂，切斷了頂板的應力傳遞路徑，縮短了頂板懸臂梁的長度，對巷幫、巷旁要加強支護，以保留該區段巷道作為下一個工作面的順槽，如圖1所示。

1-采空區；2-老頂；3-直接頂；Hc-采高；H-直接頂厚度；L-懸臂梁長度；α-砌塊夾角；β-破斷角圖1 切頂卸壓原理圖

2 關鍵技術與施工工藝

2.1 關鍵技術

雙向聚能爆破頂板預裂切縫技術：爆破前采用雙向聚能爆破裝置裝藥，聚能方向與控制方向平行，對頂板進行定向切縫預裂爆破，回采前保證頂板不垮落，回采后在礦山壓力作用下，使頂板沿切縫垮落。

橫阻大變形錨索技術：采用橫阻大變形錨桿、索，使錨索支護具有一定程度的抵抗形變的功能，同時具備抵抗沖擊變形能的功能。

2.2 施工工藝

使用深孔預裂爆破切頂卸壓自動成巷技術，將長臂梁切斷，可極大減小礦山壓力，達到留巷的目的。施工平面布置如圖2所示。

圖2 切頂卸壓施工平面布置圖

在煤壁前方對巷道正幫進行注膠，注膠范圍為頂板向下3 m，巷道副幫輪廓線向里5 m。注膠布孔采用雙排孔上下交叉布局，注漿孔深度為4 m，間距為2 m(排間距誤差±100 mm)，上排孔離頂板高度是0.5 m，下排孔離頂板高度為1.5 m，封孔深度為1 m，每孔注膠量為550～650 kg，注膠孔布置如圖3所示。

圖3 注膠孔布置圖

在離巷道副幫向采空區3 900 mm處順巷道軸向布置一排4.5 m鋼帶配合φ21.6 mm×10 000 mm錨索進行補強支護，錨索間距800 mm，補強支護與炮眼位置如圖4所示。

圖4 補強支護與炮眼位置示意圖

2.3 預裂孔施工

在3302回風巷煤壁前方副幫向老空側4 400 mm處，使用MQT-85J31錨桿鉆機打設一排深孔爆破鉆孔，孔深8 m，孔徑42 mm，戧向老空與水平呈80°夾角，間距500 mm。每孔裝藥量2 100 g(7節400 mm的水膠炸藥，每節藥量300 g)，爆破參數見表1。

表1 預裂爆破參數

先使用1/2節PVC管捆綁5節炸藥一次性送入孔底并采用一發5號雷管引爆，靠近孔口的安置兩節炸藥采用一發3號雷管引爆。單孔內并聯連線，孔與孔間串聯連線，正向爆破。兩段藥和孔口分別采用1 m炮泥封堵。在工作面前30 m外，對炮孔進行爆破，一次爆破5個炮孔。裝藥結構如圖5所示。

圖5 裝藥結構示意圖

2.4 支護

頂板爆破完畢后對巷道全斷面拉底，拉底深度3 m。副幫使用φ32 mm×3 500 mm自鞏固錨桿配合托梁、冷拔絲網進行支護，間排距700 mm×800 mm；正幫使用φ20 mm×2 000 mm玻璃鋼錨桿進行支護，間排距700 mm×800 mm。拉底支護完畢后安裝自移支架；支架前移后，在支架尾梁后在距補強支護采空區側200 mm處打設一排間距為400 mm的U型鋼擋矸柱，同時在老空側掛上冷拔絲網進行擋矸，擋矸柱必須支設在實底上。

3 支架支護技術

3.1 鋼管砼+折疊支架+端頭支架支護

支柱主要由下鋼管支柱、上鋼管支柱、混凝土泵管接頭、閘閥和插板等組成。砼漿液進入鋼管內腔后，隨著液面上升，缸內氣體經排氣孔和內外缸間隙排出。當液體充滿鋼管支柱活柱內腔，排氣孔和內外缸間隙被漿液封閉，在砼泵壓力作用下推動活柱向上升起，直至接觸頂板。支架支護布置如圖6所示。

圖6 支架支護布置示意圖

3.2 支護強度校核

采場巷道每米高度的支護強度約為0.1 MPa，3302工作面沿空留巷高度6～7 m，支護強度約為0.3 MPa；沿空留巷寬度按4.2 m計算，每1.2 m巷道需要151 t的支承力；受局部切頂效果等影響考慮2倍的安全系數，每1.2 m巷道的支承力最高需要302 t。

現有支護設計下，砼支柱承載能力為240 t，折疊支架承載能力為60 t，普通錨索承載能力為40 t，加強錨索承載能力為35 t，支護能力為375 t，巷道現有支護可以滿足沿空留巷支護強度要求。

4 結論

(1)采用深孔預裂爆破切頂卸壓自動成巷技術，將長臂梁切斷，可極大地減小礦山壓力，對巷幫、巷旁加強支護，可保留該區段巷道作為下工作面的順槽。

(2)采用鋼管砼支柱與大步距、移動式折疊支架聯合支護技術，結合注漿加固煤體技術與錨索加固頂板技術，解決了桑樹坪二號井沿空留巷的圍巖控制難題。