采煤工作面錨網索支護沿空留巷技術的研究與應用

鄧澤超

【摘 要】采煤工作面傾向長度大受到運輸設備限制，無法滿足生產需要，將工作面分為上下兩塊，掘進中間巷作為上下兩塊順槽，在中間巷實施頂板預裂爆破切頂留巷技術。

【Abstract】The inclination length of mining face is long ，and limited by the transportation equipment，which can not meet the needs of production.Dividing the working face into top and bottom two pieces，and driving into the middle lane as the crossheading of the top and bottom two pieces.In the middle lane， the technology of roof presplitting blasting cutting roof and retaining lane is implemented.

【關鍵詞】采煤工作面；頂板預裂爆破；沿空留巷

【Keywords】coal mining face；roof presplitting blasting； gob-side entry retaining

【中圖分類號】TD353 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2018）05-0138-02

1 工作面地質概況

工作面開采2#煤。層位較穩定，煤層傾角8～18°，平均13°，平均厚度2.4m，工作面直接頂為6m細砂巖，斜交層理發育，工作面采用傾斜長壁后退式輕型放頂煤采煤方法，頂板采用全部垮落法管理。

2 頂板預裂爆破切頂技術留巷原理

超前采面煤壁一定距離（在高峰壓力前），對順槽巷道采面一側頂板進行預裂爆破，使之形成一定深度的并與鉛垂線有小夾角的立面貫穿裂縫。采面向外推進，采空區頂板垮落，采面一側的頂板沿立面貫穿裂縫切頂垮落，垮落的巖體成為留巷的巷幫。當采空側頂板切頂垮落后，順槽巷道頂板成為懸壁梁，在錨索、錨桿懸吊和組合梁作用以及巷道內單體支柱的支撐下，維持平衡。隨著采面向外推進，采空區后方頂板，進一步垮落，垮落的矸石填充了采空區后方的空間，支撐了上覆巖層，對沿空留巷頂板給予一定支撐，逐漸趨于穩定，形成沿空留巷。

在沿空留巷過程中，預裂爆破技術是關鍵，其頂板能否形成預裂面，預裂面的角度、深度是否合理，是沿空留巷能否成功的主要因素。

3 工作面順槽沿空留巷的設計

設計方案如下：

①沿空留巷采用頂板定向預裂爆破、錨索工字鋼預加固聯合切頂技術，現巷道規格：4×2.6m，留巷后設計規格：3.3×2.7m。（詳見圖1）

②錨索工字鋼預加固施工超前支架位置20～50m完成，無縫鋼管打設與支架位置同步，并進行施工質量監測。同步安設常規礦壓監測裝置。錨索工字鋼加固方式：順巷道走向打設2排錨索工字鋼，自下幫至上幫方向排距依次為400mm、1500mm，間距800mm，并與2m長18#工字鋼連鎖，錨索采用φ21.6mm×10m鋼絞線，無縫鋼管采用6寸充填管路（長度根據巷道高度制做，自制頂帽），間距為1m。

③超前支架位置不小于20m在溜子道頂板預裂爆破鉆孔施工及定向預裂爆破切縫。定向預裂爆破孔直徑為42mm，間距1.0m，每兩個爆破孔中間位置打一個導向眼，孔徑42mm。在采空區側掛設擋矸竹簾、礦用塑料網、板梁，掛網進度與支架位置同步。（詳見圖1）

④掛網后后期對老空側無縫鋼管頂幫進行噴漿，頂板噴漿寬度1m，噴漿厚度50mm，隔離墻噴漿厚度60mm。

4 沿空留巷施工工藝流程

安全確認→準備物料工具→超前煤壁30-50m打設錨索、工字鋼加固頂板→頂板加固后超前煤壁20m打設預裂炮孔與導向孔→割煤回采→無縫鋼管與1#端頭支架后柱同步打設→裱褙擋砟網與擋砟簾→無縫鋼管之間打設液壓點柱→滯后煤壁30m下幫兩排巷道液壓單體支護放頂→滯后煤壁50m上幫兩排巷道液壓單體支護放頂→下一循環。

后期：替換留巷液壓單體成無縫鋼管→集中噴漿。

5 雙向聚能頂板預裂爆破裝置原理

雙向聚能張拉預裂爆破，是借助雙向聚能裝置，實現在設定斷裂方向產生集中應力，利用爆破集中應力斷裂巖體，即在一種圓管材料上預定位置，雙向開縫，為實現預定效果，一方面，要求聚能管壁具有一定的強度，以減少爆轟產物對預留圍巖的損傷；另一方面，要求聚能管壁強度不能過大，以減少作用于聚能管上的能量消耗和減少裝置成本，為此，我們選用PVC管，并將其加工成便于現場安裝使用的雙向開縫的聚能管。在使用前，按照要求將其組裝成件，方便運輸和安裝。在控制爆破的一組炮孔中裝藥，使用組裝好的聚能管，按照規定結構進行操作，一定要使雙向開縫對準預裂方向，并將剩余炮孔段用炮泥封堵嚴實，一組炮孔同時起爆后，爆炸產生的沖擊波和應力波沿設定方向集中釋放，作用于雙向開縫對準的孔壁上，使炮孔與炮孔之間產生徑向初始裂縫，隨后，爆生氣體涌入，在集中張拉應力作用下，驅動裂縫擴展，斷裂巖體，從而形成定向控制爆破斷裂面，實現頂板切縫斷裂控制爆破，由于聚能管壁的緩沖保護作用，在爆炸過程中，減少了沖擊波和爆生氣體對保留圍巖的直接作用，從而抑制了非設定方向裂紋的發展，減少了對保留圍巖的損傷。

6 雙向聚能爆破技術參數

6.1 炸藥藥卷直徑、聚能管徑與炮孔直徑的選擇

炸藥藥卷直徑、聚能管徑與炮孔直徑三者必須相互匹配。預裂爆破的對象是2#煤層頂板巖層，巖層為砂頁巖，硬度系數4～5，與石灰巖相比，韌性較強，需要較大的藥力，為此，我們根據常用的機具和火藥品種，確定：炮孔直徑42mm，聚能管外徑36mm，乳化炸藥藥卷直徑32mm。

6.2 炮孔位置

根據沿空留巷的需要，切頂炮孔位置選擇在中間巷上幫頂角部位。

6.3 炮孔間距

留巷巷道采用錨網帶加錨索支護，帶距0.8m，為了方便施工規范操作，初定炮孔間距為0.4m（根據爆破效果可調整）。

6.4 炮孔角度

為了減小采空頂板垮落時與留巷頂板的摩擦力，并且考慮到采空頂板垮落后巖體能夠較完整的作為留巷的上幫，初定炮孔向采面一側偏斜，炮孔方向與鉛垂線夾角為5～10°。

6.5 炮孔深度

煤層采出后，直接頂巖層垮落而破碎，破碎后的巖層體積產生膨脹，其堆積充滿采空后方空間后，上覆巖層在自重荷載下，逐漸壓實，壓實過程，上覆巖層彎曲變形，對巷道支護影響較小，因此，采空頂板巖層垮落厚度即為炮孔深度。

采空頂板巖層垮落厚度取決于巖層的碎脹系數K，我礦2#煤層頂板巖層，屬于中硬巖層，碎脹系數為1.3～1.5，根據采空區垮落巖層較碎情況，取K=1.45。

需垮落巖層厚度：H=h/（K-1）=6.7m

h：采高，取3m K：巖層膨脹系數，取1.45

因此，炮孔深度設計為7m。

7 雙向聚能爆破結構

一個炮孔裝四段聚能管，第一段置孔底，雷管反向裝設，第二段、第三段和第四段依次裝入，雷管均正向裝設。

每段聚能管長1500mm，上250mm為炮泥，中間藥卷1000mm，下250mm為炮泥，聚能管中間兩側開縫長1000mm，寬5mm，剩余炮孔用炮泥封堵嚴實。

8 留巷效果

沿空留巷可使下一個工作面少掘一條巷道，有效緩解采掘接續緊張的問題，同時采用預裂爆破與錨索工字鋼聯合切頂技術，可有效控制巷道圍巖變形，減少巷道整修工作量，實現無煤柱護巷開采，減少一條區段保護巷煤柱，提高煤炭資源回收率。

9 結論

通過采用切頂沿空留巷技術，該工作面正常回采至結束，現場調查發現，切頂側頂板完整，留巷效果較好，采空區頂板垮落均勻，碎石矸可有效封閉采空區，非切頂側頂板巖層彎曲變形，其壓力從采空側向非采空側轉移，將導致留巷煤幫受壓鼓出、片幫變形破壞，留巷底板發生鼓起變形，使用前，需進行刷幫和臥底整修施工。

回采后，留巷切頂側頂板可能破碎，出現開裂現象，巷幫垮落不均勻，巖石較破碎，起不到支撐老頂作用，巷道寬度滿足不了生產需要，使用前需根據情況采取擴幫、架棚支護或單體支護，進行整修施工。