切頂成巷無煤柱開采技術(shù)在云岡礦的應(yīng)用

孟碧坤 張孝明

（大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司云岡礦，山西 大同 037000）

云岡礦侏羅系綜采工作面煤柱，一般留設(shè)在20～40m之間，留煤柱的傳統(tǒng)方式并沒有解決應(yīng)力集中的問題，引發(fā)巷道變形嚴(yán)重、巷道二次維護(hù)成本大、巷道消耗量大、礦壓災(zāi)害頻發(fā)、下層開采困難、安全保障能力差等問題，嚴(yán)重制約礦井安全高效生產(chǎn)。傳統(tǒng)的一面雙巷開采，巷道消耗大，采掘接替緊張[1-4]。

1 工程背景

云岡礦51041巷沿12#煤層頂板掘進(jìn)，12#煤層整體東高西低，煤厚為1.40～3.60m，平均煤厚2.27m；煤層局部含有一層0.10m厚的夾石；煤體結(jié)構(gòu)為原生構(gòu)造煤；煤層傾角2.0～9.0°，平均傾角5.5°。本工作面12#煤層與上覆8#煤層層間距約為61.14m，與上覆3#煤層層間距約為113.51m。巷道平面布置圖如圖1所示，煤層頂?shù)装鍘r性見表1。

表1 煤層頂?shù)装迩闆r表

2 永久支護(hù)方案

2.1 頂板錨桿支護(hù)

頂板錨桿支護(hù)每排5根錨桿，排距1000mm，每排錨桿與巷道掘進(jìn)方向垂直布置。用錨桿（索）機(jī)鉆打眼，孔深1.68～1.71m。在頂板距巷道左幫450mm處打設(shè)一根單點(diǎn)錨桿，用Φ18×1800mm左旋無縱肋螺紋鋼錨桿和250×250×10mm鋼板支護(hù)頂板。在頂板距巷道左幫1850mm處依次由左向右打設(shè)四根錨桿，錨桿間距900mm，用Φ18×1800mm左旋無縱肋螺紋鋼錨桿和3200×220×3mm四眼鋼帶支護(hù)頂板。

圖1 巷道平面布置圖

2.2 頂板錨索支護(hù)

（1）正常支護(hù)區(qū)域

正常支護(hù)區(qū)域?yàn)?1041巷道的0～240m段、280～366.2m段，在頂板距巷道左幫1100mm處打設(shè)錨索梁，錨索梁與巷道掘進(jìn)方向平行布置。錨索梁使用兩眼礦用11#工字鋼，長(zhǎng)度2100mm，眼距1500mm。錨索規(guī)格為Φ17.8×8000mm鋼絞線，排距1500mm。

在頂板距巷道左幫2100mm處依次由左向右打設(shè)兩根單點(diǎn)錨索，每排單點(diǎn)錨索與巷道掘進(jìn)方向垂直布置。單點(diǎn)錨索規(guī)格為Φ17.8×6000mm鋼絞線，間排距為：1600×3000mm。錨索托板為350×350×10mm鋼板。

（2）錨索組加強(qiáng)支護(hù)區(qū)域

錨索組加強(qiáng)支護(hù)區(qū)域?yàn)?1041巷道的240～280m段，在頂板距巷道左幫1100mm處打設(shè)錨索梁，錨索梁與巷道掘進(jìn)方向平行布置。錨索梁使用兩眼礦用11#工字鋼，長(zhǎng)度2100mm，眼距1500mm。錨索規(guī)格為Φ17.8×8000mm鋼絞線，排距1500mm。

在頂板距巷道左幫2100mm處依次由左向右打設(shè)兩根單點(diǎn)錨索，每排單點(diǎn)錨索與巷道掘進(jìn)方向垂直布置。單點(diǎn)錨索規(guī)格為Φ17.8×6000mm鋼絞線，間排距為1600×3000mm。錨索托板為350×350×10mm鋼板。

在頂板距巷道左幫1100mm處打設(shè)錨索組，錨索組與巷道掘進(jìn)方向平行布置。錨索組托板為400×400×16mm三角眼鋼板。錨索組排距3000mm，每組三根錨索，呈三角眼布置，錨索為Φ17.8×8000mm鋼絞線。錨索組打設(shè)在順巷錨索梁之間并且保證有兩根錨索布置與錨索梁在一條直線上，另外一根錨索在這條直線右側(cè)。

2.3 護(hù)幫永久支護(hù)

支護(hù)形式：巷道左幫采用錨桿、雙抗拉伸網(wǎng)和單眼鋼帶護(hù)幫；巷道右?guī)筒捎缅^桿、菱形金屬網(wǎng)和單眼鋼帶護(hù)幫。護(hù)幫錨桿：Φ18×1800mm左旋無縱肋螺紋鋼錨桿，雙抗拉伸網(wǎng)：長(zhǎng)×寬=10000×2500mm，菱形金屬網(wǎng)：長(zhǎng)×寬=4000×2500mm，護(hù)幫鋼帶：450×220×3mm單眼鋼帶。

另外在右?guī)鸵蛟O(shè)一根護(hù)幫錨索，護(hù)幫錨索距頂板1050mm，排距3000mm。護(hù)幫錨索為Φ17.8×5000mm鋼絞線，護(hù)幫錨索托板為350×350×10mm鋼板。每根護(hù)幫錨索用一卷超快速CKA-2360黃色樹脂藥和一卷超快速CKB-2360紅色樹脂藥凝固，錨固段長(zhǎng)度為1200mm。護(hù)幫錨索預(yù)緊力不得低于80kN/根，單根錨固力不得低于270kN，及時(shí)張緊。如圖2所示。

圖2 巷道支護(hù)設(shè)計(jì)圖

3 切頂爆破施工

3.1 切縫深度

預(yù)裂切縫深度（H縫）臨界設(shè)計(jì)公式如下：

式中：

ΔH1-頂板下沉量，m；

ΔH2-底臌量，m；

K-碎脹系數(shù)，1.3～1.5。

本次頂板預(yù)裂切縫試驗(yàn)切頂深度為6m，切頂角度為15°，切頂爆破孔間距為500mm。

3.2 爆破方案

在現(xiàn)有單孔炸藥量、封泥方式條件下，根據(jù)頂板巖層結(jié)構(gòu)調(diào)整裝藥結(jié)構(gòu)，考慮將第三節(jié)聚能管內(nèi)炸藥量減少一卷，將第五節(jié)聚能管內(nèi)炸藥量增加一卷，以弱化對(duì)泥巖夾層的破壞，增加對(duì)細(xì)砂巖的破斷。

在現(xiàn)有裝藥結(jié)構(gòu)條件下，最后一節(jié)聚能管內(nèi)不填裝緩沖沙時(shí)切縫效果較好，但炮泥竄出率較高，因此考慮更換粘性黃土作為炮泥，以取消緩沖沙的填充。若更換炮泥后粘性足夠，可進(jìn)一步考慮增加單孔裝藥量，但暫不考慮采用增加封泥長(zhǎng)度的方式進(jìn)行加藥，以免造成頂板底部細(xì)砂巖切斷困難。

由于頂板層理結(jié)構(gòu)、不同巖層厚度沿推進(jìn)方向上不斷變化，具體爆破方案應(yīng)根據(jù)變化情況及時(shí)優(yōu)化調(diào)整，確保爆破效果。

4 實(shí)踐效果

51041巷作為切頂卸壓留巷巷道進(jìn)行切縫爆破試驗(yàn)，切縫鉆孔已全部施工完成并已全部預(yù)裂爆破，爆破效果較好。巷道頂板穩(wěn)定：巷道變形較小，頂板無明顯下沉，無扯頂現(xiàn)象；來壓步距明顯減小：初次來壓步距34m，周期步距31.05m。

減少了掘進(jìn)工程量：81041（81043）面采用兩面三巷模式，較以往兩面四巷模式少掘一條巷道，每米節(jié)省費(fèi)用9000元，共328萬元。大大降低采掘比，緩解采掘銜接緊張局面。

提高了資源回收率：不留設(shè)煤柱，多回收煤炭53400t，回采率提高14%，增收1602萬元，減少煤柱損失，提高回收率，延長(zhǎng)礦井服務(wù)年限。

減少了巷道二次維護(hù)成本：51041巷切頂卸壓自動(dòng)成巷，阻斷頂板應(yīng)力傳遞，有效減小礦山壓力顯現(xiàn)，避免留巷巷道受采空區(qū)頂板應(yīng)力傳遞造成巷道變形較大問題，巷道二次維護(hù)工程量小，成本低。