深部采區(qū)回采工作面切頂卸壓留巷技術(shù)研究

張鵬

【摘 要】 深部開采時(shí)礦井受到水、瓦斯、地質(zhì)構(gòu)造等影響更為顯著，造成巷道掘進(jìn)效率低下，采掘接替緊張。為了緩解礦井無面可采局面，在21304軌巷采用切頂卸壓留巷技術(shù)，采用上下組合U型鋼及雙層金屬網(wǎng)組成擋矸墻，采用單體支柱抬棚及液壓支架抬棚組成強(qiáng)化支護(hù)體系，用單軌吊實(shí)現(xiàn)設(shè)備、矸石的高效運(yùn)輸?，F(xiàn)場實(shí)踐證明，切頂爆破采用4+3+2+0裝藥結(jié)構(gòu)，爆破形成的切縫率達(dá)86%;留巷幫側(cè)向壓力最大為3MPa，穩(wěn)定時(shí)側(cè)向壓力為0.8MPa;在正常段時(shí)圍巖變形頂板下沉在300mm以內(nèi)，在地質(zhì)構(gòu)造異常段時(shí)采取補(bǔ)充措施后，留巷可以滿足巷道后續(xù)使用。

【關(guān)鍵詞】 深部開采;切頂留巷;裝藥結(jié)構(gòu);擋矸支架;補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)

【中圖分類號】 TD353 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】 A

【文章編號】 2096-4102（2020）02-0007-03

眾多學(xué)者提出采用沿空留巷、沿空掘巷、煤層增透、恒阻錨索強(qiáng)支護(hù)、圍巖注漿以及切頂卸壓等方式降低深部開采時(shí)巷道掘進(jìn)受到的不利影響，其中切頂卸壓留巷技術(shù)可以從根本上降低巷道掘進(jìn)工程量，在礦井中應(yīng)用逐漸廣泛。文中就對21304工作面軌巷切頂卸壓留巷技術(shù)進(jìn)行分析探討，以期為其他礦井沿空留巷提供一定借鑒。

1工程概況

21304工作開采13#煤，平均埋深900m，采面為二水平南翼首個(gè)回采工作面，東西兩側(cè)均為實(shí)體煤，南部邊界為F12斷層，北側(cè)為盤區(qū)集中軌道巷。21304切眼斜長140m，軌道巷設(shè)計(jì)長度1430m，共揭露落差在0.6～2.8m正斷層13條，具體位置見圖1。

13#煤厚3.2m，傾角約4°，結(jié)構(gòu)簡單，直接頂為2.78m泥巖、老頂為3.57m細(xì)沙巖及5.6m粗砂巖;直接底為0.9m粉砂巖，老底為3.4m炭質(zhì)泥巖。

2切頂留巷卸壓技術(shù)

2.1巷道支護(hù)

21304軌巷在掘進(jìn)期間頂板及巷幫支護(hù)采用錨網(wǎng)索支護(hù)方式，具體支護(hù)參數(shù)為：

（1）支護(hù)用φ20×2400mm高強(qiáng)錨桿，間距0.75m、排距0.70m，配合采用M鋼帶，采用網(wǎng)孔規(guī)格為700mm×700mm大網(wǎng)孔金屬網(wǎng);

（2）巷幫用φ18.9mm×4800mm錨索，頂板用φ21.6mm

×8000mm錨索，布置方式為“三二式”，鐵托盤規(guī)格為400mm×400mm×20mm。

留巷頂板用2排φ21.6mm×10000mm恒阻錨索補(bǔ)強(qiáng)，用φ72mm×500mm恒阻器，變形量最大為350mmt，預(yù)先施加的預(yù)緊力為28t。恒阻錨索超前施工距離以不影響后續(xù)切頂爆破為宜，切頂爆破以不影響采面生產(chǎn)為宜?？拷夭蓚?cè)恒阻錨索配合采用槽鋼（18號）支護(hù)。具體超前支護(hù)見圖2。

超前采面20m范圍內(nèi)在軌道巷布置單體組成抬棚超前支護(hù)，棚間距600～800mm，每一排布置3根單體，一排單體與回采幫間距控制在400～600mm;一排單體支架距煤柱900～1300mm，中間一排單體靠近煤柱布置。

2.2切頂卸壓

在靠近采面幫向上側(cè)施工外插15°，深8.0m爆破孔，在爆破孔內(nèi)插入4根內(nèi)長1.5m，φ42mm聚能管，每一根聚能管均安設(shè)雷管及引線，封孔長度為2000mm，采用正向裝藥方式，一次爆破5個(gè)切頂卸壓爆破孔。

在聚能管內(nèi)的裝藥結(jié)構(gòu)及裝藥量應(yīng)確保頂板巖層及時(shí)垮落且垮落形成的巖塊在300mm內(nèi)，為提升爆破孔成縫質(zhì)量，采用CXK6成像儀對爆破前后的巖層結(jié)構(gòu)、縫隙發(fā)育情況進(jìn)行窺視，根據(jù)窺視結(jié)果調(diào)整聚能管內(nèi)的炸藥量及裝藥方式。通過分析發(fā)現(xiàn)，裝藥結(jié)構(gòu)為4+3+2+0即在爆破孔從里到外第一、第二、第三及第四根聚能管分別裝入4節(jié)、3節(jié)、2節(jié)以及0節(jié)乳化炸藥，此時(shí)在爆破孔周邊形成的縫隙充分，裂縫利用率在86%以上，爆破后對軌巷原有的支護(hù)體系影響較低。

2.3采空區(qū)段支護(hù)

2.3.1檔桿支護(hù)

隨著采面開采，在機(jī)尾第一架支架處鋪設(shè)普通菱形金屬網(wǎng)以及大網(wǎng)孔金屬網(wǎng)，大網(wǎng)孔金屬網(wǎng)靠近采空區(qū)的最外側(cè)，鋪設(shè)2節(jié)U型鋼，重疊部分用限位卡攬聯(lián)鎖，上下兩節(jié)U型鋼疊加范圍搭接距離控制在1400mm，與鋪設(shè)的雙層金屬網(wǎng)共同組成擋矸墻。

2.3.2采空區(qū)軌巷強(qiáng)化支護(hù)

隨采面推進(jìn)，采空區(qū)基本頂先后出現(xiàn)離層、垮落以及斷裂等移動過程，覆巖移動會降低留巷支護(hù)體系以及巷旁擋桿體系穩(wěn)定性。沿空留巷頂板采用錨索+錨桿等聯(lián)合支護(hù)體系及煤柱作為支撐結(jié)構(gòu)。當(dāng)頂板巖層破碎、離層量過大時(shí)，容易引起頂板出現(xiàn)冒落以及其他切頂事故。

留巷巷幫U型鋼起檔矸作用，而非頂板巖層控制。同時(shí)在礦井超前強(qiáng)化支護(hù)中采用單體支柱抬棚、滯后強(qiáng)化支護(hù)采用液壓抬棚，給頂板提供足夠支撐，滿足留巷初期圍巖變形量較大控制需要。單體抬棚支護(hù)由單體支柱（DW28-DW35）、π型鋼梁（長3400mm～3600mm）構(gòu)成，初撐力在6.5MPa以上;ZQL2×3200/17.5/35支架改裝成液壓抬棚，液壓抬棚沿方向與巷道走向平行，單排布置方式，提供的初撐力在20MPa以上，抬棚中心與留巷幫巷幫距離在1200mm。在軌巷支護(hù)時(shí)，采用50架液壓抬棚，支護(hù)距離為200m，具體支護(hù)結(jié)構(gòu)見圖3。

布置的第一臺液壓抬棚與超前切頂線約5m，且與超前支護(hù)最后一棚單體形成1梁4支柱支護(hù)方式。當(dāng)圍巖變形穩(wěn)定后用JSDB-16絞車將最后端液壓抬棚前移至最前端，隨采面推進(jìn)循環(huán)前移液壓抬棚;前移液壓抬棚后隔棚回撤單體，保留雙層金屬網(wǎng)以及U型鋼擋矸。

在軌巷π型梁下方鋪設(shè)MK10-16000N單軌吊軌道，用以回撤單體、拉底矸石等，極大減緩作業(yè)人員勞動強(qiáng)度。

3留巷效果

采用十字觀測法對留巷后的圍巖變形進(jìn)行監(jiān)測，用YUD監(jiān)測儀對頂板離層進(jìn)行監(jiān)測，用應(yīng)力計(jì)監(jiān)測巷幫應(yīng)力，具體監(jiān)測點(diǎn)布置見圖4，監(jiān)測結(jié)果見圖5。

從圖中看出，滯后采面200m內(nèi)為動壓區(qū)，在該段內(nèi)巷道圍巖變形嚴(yán)重;采面后方250m以后為穩(wěn)定區(qū)，頂板離層量、下沉量、底鼓量為250mm、300mm及480mm，兩幫位移量分別150mm、100mm，留巷幫側(cè)向應(yīng)力峰值為2.83MPa，最終穩(wěn)定時(shí)為0.8MPa。

留巷圍巖變形整體穩(wěn)定，效果較為顯著，留巷后的現(xiàn)場圖見圖6，巷道凈寬約在3.8m，瓦斯?jié)舛仍?.03%～0.22%，無其他有害氣體溢出，留巷幫無需噴漿封堵，留巷效果顯著。

在受到斷層影響段、頂板淋水段、切頂留巷效果差段（爆破后巖塊在500mm以上）、巷道超高段（巷高3.2m以上）等非正常段，留巷效果較差，支護(hù)用的部分U型鋼彎曲、金屬網(wǎng)開裂，圍巖變形量較大，后期采用修整、補(bǔ)打等措施后，留巷斷面可以滿足巷道使用需要。

4總結(jié)

深部留巷時(shí)，特別是頂?shù)装鍘r性為泥巖時(shí)，破碎嚴(yán)重，開采后基本定離層、回轉(zhuǎn)下沉、長期得不到穩(wěn)定，因此，需要采取更強(qiáng)的支護(hù)體系，采用補(bǔ)強(qiáng)錨索對巷道圍巖強(qiáng)化控制，液壓抬棚強(qiáng)化補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，巷旁用組合U型鋼、雙層金屬網(wǎng)進(jìn)行擋矸支護(hù);

深部開采時(shí)，采空區(qū)后方沿空留巷段受采面開采影響范圍較大，在地質(zhì)構(gòu)造正常段一般在滯后采面0～200m左右，在地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜段影響范圍在0～300m左右。

采用組合U型鋼及雙層金屬網(wǎng)組成擋矸支架，確保留巷成功。上下U型鋼搭接距離達(dá)到1400mm，抵御巷幫的側(cè)向應(yīng)力。在現(xiàn)場應(yīng)用表明，采用的切頂卸壓留巷技術(shù)可以降低巷道掘進(jìn)工程量。

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