沿空留巷無煤柱回采工藝實踐

申志鑫

（霍州煤電集團呂梁山煤電有限公司方山店坪煤礦，山西 呂梁 033100）

1 概 述

霍州煤電集團呂梁山煤電有限公司方山店坪煤礦202工作面位于井田830水平，工作面東西走向布置，東部為實體煤，南部為204工作面，西部為盤區大巷，北部為200工作面。

202工作面設計走向長度為1644m，傾向長度為220m，工作面回采為9#煤層，煤層平均厚度為平均厚度3.0m，屬中厚煤層，煤層結構復雜，一般含夾矸2-3層，夾矸厚0.2～0.35m。巷道煤厚為2.8～3.1m，煤層傾角為1～10°，屬于緩傾斜煤層。煤層頂板為砂質泥巖、細砂；底板為砂質泥巖。

為了實現礦精細化回采，通過分析研究決定對202與204工作面采取沿空留巷無煤柱回采工藝，即202工作面與204工作面共用一條回風順槽，具體工作面布置如圖1所示。202沿空留巷斷面規格為寬×高=5.0×3.1m。

2 聚能爆破切頂卸壓施工

為了保證202工作面回采期間，采空區垮落后不影響204工作面后期回采正常通風及運輸，決定對202沿空留巷采取聚能爆破切頂卸壓施工。

2.1 聚能爆破切頂卸壓施工原理

聚能爆破切頂卸壓主要在沿空留巷頂板指定位置施工一排連續穩定的爆破鉆孔，然后對鉆孔進行定向聚能爆破，使鉆孔壁巖體在指定方向產生裂隙，該裂隙對頂板集中應力產生卸壓作用，同時工作面回采時采空區頂板沿該裂隙帶進行垮落，有效防止了沿空留巷無煤柱回采時頂板破碎、冒落現象，保證了工作面安全高效回采。

2.2 施工工藝

1）為了保證204工作面安全回采，202工作面回采過程中需對202沿空留巷頂板處施工一排定向聚能爆破鉆孔，鉆孔施工在距202工作面煤壁0.2m處，鉆孔間距為4.0m，直徑為45mm。由于9#煤層直接頂主要為砂質泥巖，平均厚度為2.4m，基本頂主要為砂巖，平均厚度為4.1m，所以保證切頂垮落效果，定向聚能爆破鉆孔深度為6.0m，鉆孔向采空區方向以75°斜角布置，如圖2所示。

2）鉆孔施工前首先由地測科現場給定中心，并進行標定鉆孔位置，采用MT-130型錨索機配套六棱中空鉆孔以及直徑為45mm合金鉆頭進行鉆孔施工，鉆孔施工后保證100m范圍內內鉆孔偏角誤差小于2°。

3）爆破孔施工完后對孔內安裝一根長度為3.0m聚能管，聚能管主要由PVC管制成，聚能管直徑為42mm，聚能管兩側均勻焊制7個直徑為15mm圓孔，聚能管安裝后在其內部填裝兩支乳化炸藥及一支毫秒延期電雷管，單孔裝藥量為600g。每次允許爆破炮孔數量為1個。

圖2 202沿空留巷切頂卸壓聚能爆破鉆孔布置示意圖

3 202沿空留巷聯合支護工藝

為了保證202沿空留巷頂板穩定性，防止頂板破碎、垮落，保證204工作面后期穩定回采，202工作面在回采期間決定對沿空留巷段頂板采取“恒阻大變形錨索吊棚+支設密集單體柱”聯合支護，并安裝擋矸網。

3.1 恒阻大變形錨索吊棚施工

1）沿空留巷頂板共計施工兩排恒阻大變形錨索吊棚，且成交錯式布置，第一排施工在距切頂孔0.3m處，第二排施工在距切頂孔1.9m處，恒阻錨索吊棚主要由一根長度為2.1m，寬度為0.1m槽鋼，兩根長度為9.0m，直徑為21.6mm恒阻錨索組成，槽鋼上均勻焊制兩個直徑為30mm圓孔，孔間距為1.5m。

2）首先采用錨索鉆機在202沿空留巷頂板指定位置施工兩個錨索鉆孔，鉆孔沿巷道走向布置，孔間距為1.5m，鉆孔施工完后對鉆孔內依次安裝錨固劑及恒阻錨索，并采用鉆機進行錨固，錨固后錨索外露長度控制在0.25m范圍內。

3）恒阻錨索安裝后在兩根錨索外露端安裝一根長度為2.1m槽鋼，槽鋼平面與巷道頂板接觸嚴實，并采用鎖具將槽鋼與頂板進行預緊，恒阻大變形錨索吊棚施工間距為1.0m。

3.2 支設密集單體液壓支柱

1）為了進一步提高頂板穩定性，決定在202沿空留巷頂板支設密集單體柱，每排支設4根，相鄰兩個單體柱間距為1.0m，第一根單體柱支設在距0.3m處，單體柱支設排距為2.0m，如圖3所示。

圖3 202沿空留巷頂板支護斷面、平面示意圖

2）單體柱端頭與頂板之間安裝一根長度為0.5m“π”型頂梁，頂梁與巷道走形垂直布置，單體柱支設后應保持平直，壓力不得低于額定值得80%，每班開工前應安排專職人員對支護壓力、變形情況進行檢查，發現失效支柱時必須及時更換。

3.3 安裝擋矸裝置

為了能夠有效202工作面采空區垮落后煤矸進行阻擋，防止采空區內有害氣體涌入巷道內，決定在202沿空留巷處安裝擋矸裝置。

1）擋矸裝置主要由單體液壓支柱、連接桿、金屬網、風筒布聯合組成，工字鋼梁長度為3.1m，在鋼梁兩端各焊制一塊長度為0.5m，寬度為0.3m鋼板中部焊制一個直接為25mm圓孔；金屬網采用10#鉛絲編制的長度為4.0m,寬度為2.0m經緯網。

2）首先在距切頂孔0.2m處支設一排工字鋼梁，鋼梁間距為0.5m，鋼梁與巷道走向平行布置，鋼梁支設后分別在頂板、底板施工一個錨桿將鋼梁與頂、底板進行固定，鋼梁支設水平偏差不得大于3°。

3）在相鄰兩架鋼棚質安監安裝4組交錯式連接桿，卻保鋼梁間聯鎖保護作用；鋼梁固定后在鋼梁上位于202工作面煤壁側安裝雙層金屬網，并采用鉛絲進行捆綁固定；鋼梁另一側鋪設風筒布，防止采空區有害氣體涌入巷道內。

4 沿空留巷無煤柱回采方案可行性研究

截止2018年11月28日202工作面已回采結束，針對工作面回采經濟效益、圍巖控制、地面塌陷效果等幾方面，合理分析202工作面無煤柱回采方案可行性。

4.1 經濟效益分析

1）傳統相鄰工作面需留設寬度為30m煤柱，202工作面采用無煤柱回采方案時減少了煤柱留設，增加了原煤回采量達20萬t，提高經濟效益達5780余萬元。

2）202工作面采用無煤柱回采時，202工作面與204工作面共用一條回風巷，減少了巷道掘進長度達1644m，縮短了工作面形成周期達150d，降低了巷道掘進勞動費用及支護成本費用達1400萬元。

4.2 圍巖控制分析

1）202工作面在回采期間通過對沿空留巷段圍巖變形情況進行觀察發現，在工作面超前20m范圍內受超前集中應力影響，巷道頂板出現局部下沉、破碎現象，主要集中在距工作面0～8.0m處，最大下沉量為0.29m，在8.0～20m范圍內頂板下沉量逐漸減低。

2）工作面回采后采空區頂板沿切頂線實現了全部垮落，沿空留巷受202巷采空區影響小，起到了有效卸壓作用，在采空區側安裝擋矸裝置后可對采空區煤矸、有害氣體進行阻擋，巷道內最大瓦斯濃度為0.7%。

4.3 地表塌陷分析

工作面回采后分別對202無煤柱工作面以及200常規工作面地表受影響情況進行比較分析可得：

1）200工作面上方有 15條裂縫寬度為0.3m～0.7m之間，落差為0.5m～1.2m之間；其余裂縫普遍在寬度為0.1m～0.3m之間，落差0.1m～0.3m之間。

2）202工作面上方有7條裂縫寬度為0.3m～0.7m之間，落差為0.5m～1.2m之間；其余裂縫普遍在寬度為0.1m～0.2m之間，落差0.1m～0.3m之間。

通過沿空留巷（202工作面）留巷地表與常規采煤（200工作面）煤柱地表上方受影響情況對比，得出在地表地形相似的區域留巷上方受影響情況比煤柱上方受影響情況明顯要小，裂縫發育比較緩慢、均勻，平整度相對較好，方便治理。

5 結束語

霍州煤電集團呂梁山煤電有限公司方山店坪煤礦202工作面采取沿空留巷無煤柱回采工藝后，通過分析研究，不僅提高了原煤回采量，減少了巷道掘進量，提高了工作面經濟效益，而且對沿空留巷愛去切頂卸壓以及聯合支護措施后，保證巷道穩定性，為了204工作面安全高效回采奠定了基礎，為206、208、210工作面實現無煤柱回采提供了實踐依據。