大傾角厚煤層綜采沿空留巷切頂及加強支護研究

孫磊磊

（山西鋪龍灣煤業(yè)有限公司，山西 大同 037100）

1 概 況

5102工作面位于井田西部，5102工作面可采長度為1441.5m，可采儲量為242.2萬t。工作面分為三段，第一段走向長215m，傾向長145m；第二段走向長605.5m，傾向長179.5m；第三段走向長621m，傾向長106m。煤層賦存穩(wěn)定，整體傾向北，煤厚在6.5～8.7m之間，含三至五層夾矸，夾矸穩(wěn)定厚度 0.10～1.1m。

表1 煤層頂底板情況表

5102機巷巷道斷面大（11.14m2），煤層傾角較大（平均31°），高度較大（平均2.8m），5102機巷沿空留巷成功與否不僅關系到資源回收，還關系到51采區(qū)接替問題。因此，必須采用綜合沿空留巷措施，利用切頂卸壓及有效的巷旁支護技術在5102工作面機巷進行沿空留巷實踐。

2 切頂爆破方案

（1）方案

人工（鉆機）打眼，聚能管爆破切頂，切頂厚度為10m；雙節(jié)U36鋼梁配合菱形鐵絲網擋矸；3.8m工字鋼梁配合3棵單體液壓支柱支護頂板。

（2）爆破工藝

① 切頂炮孔布置

在工作面煤壁前方100m處開始打眼。炮眼長度10m，傾角15°，間距0.5m，直徑42mm。采用CMM2-8煤礦用液壓錨桿鉆車（DCA-45型自動成巷超前切縫鉆機）打眼，保證質量，提高效率。

② 裝藥結構與裝藥量

根據切頂預裂要求，選擇采用大D型聚能管，裝藥線密度qx=0.5kg/m。

③ 起爆順序

超前工作面60m開始起爆，采用3號煤礦許用乳膠炸藥，試驗階段采用連續(xù)起爆方式，每次起爆炮眼數為5個。后期根據現場效果，可逐步改變?yōu)殚g隔起爆，即相鄰裝藥孔之間間隔一個空炮眼。

3 沿空留巷支護

3.1 機巷基本支護

5102采煤工作面機巷長1441.5m，巷高2.867m，巷寬3.8m，斷面為三心拱，斷面面積11.14m2，采用錨網索配鋼筋梯作為永久支護（圖1）。機巷的超前支護采用DZ2500-25/100單體液壓支柱加強支護，柱距0.9m，距煤壁10m范圍內靠兩幫打雙排支柱，距煤壁10～20m范圍內在巷道的上幫打單排支柱。

圖1 支護斷面示意圖

3.2 沿空留巷支護方案

經過綜合比較，采用預裂爆破切頂卸載技術與采空區(qū)矸石自然下滑充填承載技術相結合沿空留巷。在工作面煤壁前方，以巷道與工作面煤壁之間的邊界線為切頂位置，采用爆破技術將難以自然冒落、有懸頂的工作面直接頂巖層切斷，使直接頂巖層完全冒落、碎脹于采空區(qū)內，并采用適當的擋矸措施和支護方式讓冒落的巖層成為所留巷道的一側圍巖，形成沿空留巷[1-5]。

（1）普通支護區(qū)的支護

如圖1所示支護，錨、網、索聯合支護方式，錨桿間排距0.9m×0.9m，長度2.3m；錨索間距為3.6m，排距為1.5m，錨索長度5.2m，金屬網網孔5cm×5cm。

（2）超前支護區(qū)的支護

在普通支護的基礎上，在距煤壁10m范圍內打雙排帶帽單體液壓支柱（圖2），10～20m范圍內打單排帶帽單體液壓支柱（圖3）。

圖2 機巷距煤壁10m范圍內超前支護區(qū)斷面示意圖

圖3 機巷距煤壁10～20m范圍內超前支護區(qū)斷面示意圖

（3）滯后支護加固區(qū)的支護

隨著工作面推進，在下超前缺口內施工一排切頂錨索，在工作面下出口用“L”型鋼筋網（鋼筋網采用直徑14mm鋼筋焊接組成，橫筋和縱筋間距200mm）加鋼梁背機巷上幫（鋼梁間距為600mm），用錨桿在工作面下出口頂、底板各打一排固定鋼筋網，間距800 mm；在煤壁后方60m范圍沿機尾巷下幫距背頂鋼梁400mm支設帶帽單體支柱支護頂板，間距為900mm。

（4）沿空留巷基本穩(wěn)定區(qū)的支護

在工作面后方60m以外，在滯后加固區(qū)支護的基礎上將上幫單體液壓支柱回撤、下幫單體液壓支柱用鋼梁替換即可。

3.3 沿空留巷工藝流程

超前煤壁10m范圍用單體液壓支柱做雙排支護，10～20m范圍用單體液壓支柱做雙排支護。在超前缺口內施工一排切頂錨索，間距1.0m，隨著工作面推進，在工作面下出口用“L”型鋼筋網加鋼梁背機巷上幫（鋼梁間距為600mm），采空區(qū)傾斜上部直接頂先冒落的矸石自然下滑將采空區(qū)下部充填，既利用矸石承受頂板壓力，又防止采空區(qū)矸石串入機巷。在煤壁后方60m范圍沿機尾巷下幫距背頂鋼梁400mm支設帶帽單體支柱支護頂板（單體支柱間距為900mm）→在超前缺口內施工預裂炮孔，直徑為Ф28mm，擴孔后裝藥，待炮孔進入采空區(qū)后爆破→老頂來壓，直接頂沿切縫斷裂垮落，減輕沿空留巷內的頂板壓力。

4 礦壓觀測

（1）巷道表面位移監(jiān)測

采用雙十字法在巷道的兩幫與頂底板上設置基點，對靠近實體煤和充填體側頂底板移近量分別進行觀測。根據圍巖條件，基點材料由長200mm的鋼釬制作而成，將其固定在巷幫和頂底板中，并保持平直，按規(guī)定時間利用測槍和測桿進行觀測。

（2）煤壁受力監(jiān)測

在巷道的實體煤側進行，每個測區(qū)安裝4個鉆孔應力計，共安裝12個。鉆孔深度分別為2m、6m、8m、10m。每天記錄煤體受力的數據。

（3）單體支柱受力監(jiān)測

在每個測點處的2顆單體支柱上分別安裝1臺礦用數字壓力計，共安設18臺數字壓力計，每天記錄測點處單體支柱的壓力，同時用卷尺測量單體支柱活柱的縮量。

根據實際需要，在5102工作面機巷前方150m開始共布設三個測區(qū)。其中工作面前方的機巷布置I測區(qū)距離已采工作面150m，Ⅱ測區(qū)距離I測區(qū)30m，Ⅲ測區(qū)距離Ⅱ測區(qū)30m。每個測區(qū)分別安設2個觀測站，觀測站之間的距離2m。觀測結果表明，工作面頂板基本沿預裂爆破形成預裂縫切斷，切頂效果理想，冒落矸石填滿采空區(qū)；巷道煤體側除個別地段有片幫外，兩幫的相對變形量較小，巷道頂底板的相對移近量小于150mm，巷道支護狀況良好，能夠滿足下一區(qū)段工作面回采作為回風巷使用的各項技術與安全要求。

5 效益分析

按沿空掘巷留設5.0m保護煤柱和沿空留巷進行對比。不采用沿空留巷，掘進一條巷道的綜合成本主要為：支護材料費為531元/m，掘進人工費為960元/m，機械維修費155.8元/m，輔助費為187.6元/m，總計1834.4元/m；采用沿空留巷的綜合成本主要為：支護材料費310元/m（鋼梁基本可全部回收，未計入支護成本），炸藥雷管費16.7元/m，所需人工費400元/m，機械維修費103.2元/m，輔助費為123.4元/m，總計953.3元/m。留巷按1441.5m計算，可節(jié)約成本127萬元。不進行沿空留巷，保護煤柱留設按5.0m計算，可多回收煤炭：1441.5×5.0×2.2×1.35=21406.3t，噸煤綜合售價按350元計，噸煤綜合成本按270元計，則經濟效益為：（350-270）×21403.3=171.25萬元。兩項合計可獲得經濟效益約298.25萬元。

6 結 語

根據5102工作面機巷的地質條件和支護情況，設計了爆破切頂方案。利用切頂卸載技術及有效的巷旁加強支護技術，配合采用柔性充填等留巷施工技術，取得了良好效果。提高煤炭資源的采出率，緩解采掘接替緊張關系，為下區(qū)段實現在本煤層內深孔瓦斯抽放提供作業(yè)空間和施工時間，避免在底板巖石中開掘底板巖石抽放巷，保證了安全生產。