無煤柱綜采工作面沿空留巷支護方案

梁仁智

（大同煤礦集團雁崖煤業公司，山西 大同 037003）

1 概 述

大同煤礦集團雁崖煤業公司三盤區8305工作面設計回采長度為1200m，工作面長度為220m，工作面東部為實煤區，南部為采區邊界，西部為盤區大巷，北部為8104運輸巷。

為了保證工作面煤柱回采量，減少采空區煤柱遺留量，決定對8305工作面、8305工作面采用無煤柱回采工藝，兩個工作面進行沿空留巷，所留巷道為5305巷，沿空留巷斷面規格為寬×高=4.8×3.5m，巷道直接頂主要炭質泥巖為主，平均厚度為2.4m，直接頂主要以粗砂巖為主，平均厚度為11.2m。

為了防止8305無煤柱工作面回采過程中，工作面頂板應力傳遞導致8105工作面頂板出現破碎、冒落現象，削弱頂板應力破壞作用，決定在沿空留巷段進行切頂卸壓施工；同時為了提高沿空留巷段圍巖承載能力，降低巷道圍巖變形量，提高沿空留巷效果，決定對沿空留巷段頂板采取“恒阻大變形錨索支護+巷道臨時支護”加強支護措”

2 爆破預裂切頂卸壓施工

2.1 切頂卸壓技術原理

爆破預裂切頂卸壓技術主要是將乳化炸藥裝安裝在具有聚能效應的D型聚能裝置中，通過起爆聚能裝置中乳化炸藥，可使指定方向上的圍巖在爆破張力作用下出現張拉斷裂；由于聚能裝置對圍巖的保護作用且爆破能量釋放在鉆孔深部，鉆孔非設定方向圍巖受力均勻且保持完整，從而即實現了頂板深處指定方向爆破預裂效果，又避免了頂板破壞作用。

2.2 切頂卸壓施工方案

1）5305巷切縫預裂爆破實際效果觀察發現，采用逐孔爆破，每10孔為一組，間隔一個孔作為窺視孔，利用YTJ20巖層探測記錄儀進行窺視，根據窺視結果，評價切縫效果。

2）聚能管采用最新專利產品D型聚能管，特制聚能管具有對稱凹槽，外徑為28mm，管長2000mm。聚能爆破采用二級煤礦乳化炸藥，將炸藥均勻裝在聚能管內，爆破孔口采用炮泥封孔，預裂爆破鉆孔布置示意圖如圖1所示；頂板完整處聚能管裝藥長度為5000mm，若頂板風化或破碎處，適當降低裝藥長度，一般不應超過4000mm。

3 沿空留巷聯合支護工藝

3.1 恒阻大變形錨索支護

為了降低切頂施工對沿空留巷頂板穩定性影響，巷道切頂施工前對5104巷頂板采用恒阻大變形錨索進行加固。

1）考慮到切縫參數及巷道原設計支護方式，同時為避免預裂切縫爆破影響恒阻錨索錨固段的完整性，導致錨固效果不佳，大變形恒阻錨索錨固端應位于堅硬巖層中且超出切縫孔2.0m以上，錨索長度為8.3m，直徑為21.8mm，恒阻器長度為0.6m，外徑75mm，恒阻值為330kN±20kN，預緊力不小于300kN。

2）5105巷頂板共計施工兩排恒阻大變形錨索，錨索沿巷道走向布置，第一排錨索施工在距切頂線0.4m處，錨索間距為1.0m，每6根恒阻錨索用一根BHW-300-5.00型W鋼帶進行連接，如圖2所示。

圖2 5105巷恒阻大變形錨索支護斷面、平面示意圖

3）第二排大變形恒阻錨索與第一排排距為1.5m，第二排錨索間距為2.0m，錨索與頂板之間采用規格為長×寬=0.3×0.3m鋼托板進行固定，所有錨索錨固力不得低于200kN。

3.2 巷道臨時支護設計

受采動影響，8304工作面在回采過程中沿空留巷段圍巖出現不同應力變化區，根據巷道安裝圍巖變形監測儀監測數據分析發現，工作面回采過程中，5105巷形成三個圍巖變形區，分別是超前應力區；架后圍巖破壞區；成巷穩定區（架后120m后），所以為了保證沿空留巷穩定性，必須對不同應力區采取有效的臨時支護措施。

3.2.1 超前應力區臨時支護

由于受工作面回采應力以及巷道開挖殘余應力集中作用，在工作面前方30m范圍內出現應力破壞區，需對此段進行超前加強支護，根據8305工作面情況，決定采用單體液壓支柱進行超前支護。在頂板完好地段，單體液壓支柱布置在巷道距回采煤壁1.5m處，排距為1.0m，每排一根。在頂板破碎，裂隙明顯增多地段，可在不影響轉載機自移的情況下根據現場情況加密支護。

3.2.2 架后圍巖破壞區臨時支護

1）由于8304工作面回采后，采空區出現垮落，且垮落具有一定時間段，采空區垮落時對架后沿空留巷段產生影響，形成架后圍巖破壞區，位于架后架后0～120m范圍內，對該區域不僅需加強頂板支護，而且還需進行采空區側擋矸支護。

2）在架后0～120m范圍內，決定采用單體柱+π型梁“一梁三柱”對頂板進行架后臨時支護。π型梁長度為3.5m，靠近留巷側第一列單體柱距切頂線0.6m，與第二列單體柱間距1.0m，第二列單體柱與第三列單體柱間距2.0m，排距1.2m。

3）對采空區側采用“單體液壓支柱（不戴帽）+U型鋼可縮支柱緊壓菱形網”聯合進行擋矸支護，根據巷道高度選用DW28-2500/100型單體柱接頂，U型鋼可縮支柱由兩節25#礦用U鋼組成，上節長為2.0m，下節長1.8m，搭接長度1m，搭接處用兩組卡纜固定，單體柱支設沿切縫線布置且與U型鋼可縮支柱交替布置，單體柱與U型鋼間距為0.25m，如圖3所示。

圖3 架后圍巖破壞區臨時支護斷面、平面示意圖

3.2.3 成巷穩定區臨時支護設計

隨著8304工作面采空區垮落穩定，在架后120m后沿空留巷段圍巖受采動影響逐漸降低，根據頂板離層儀及單體柱活柱量的變化情況，評價該區域頂板的活動情況，可將臨時支護“一梁三柱”變為“一梁二柱”，直至單體支柱全部回撤。U型可縮支柱、單體檔矸柱、菱形網進行擋矸，根據8301、8302工作面沿空留巷最終巷道成型情況來看，單體檔矸柱全部回撤，U型腿隔一回一，保留1m一根，不會造成采空區矸石涌入巷道，巷道斷面能夠滿足行人、通風、運輸的要求。

4 實際應用效果分析

1）提高煤柱回采量：8305工作面采用切頂卸壓沿空留巷無煤柱回采后，取消了相鄰兩個工作面之間的25m保安煤柱，共計可回收原煤8.2萬t，提高經濟效益達8200余萬元。同時采用無煤柱回采后減少了巷道掘進長度為1700m，降低了巷道掘進成本費用達2100萬元。

2）緩解了采掘接續矛盾：按全區采掘接續安排，兩個工作面回采間隔時間應為120天，采用新技術后，間隔時間僅為30天，大大減少了連續采煤間隔時間，保證了采掘接續的正常。

3）提高圍巖穩定性：5305巷爆破切頂卸壓后可以大大降低圍巖支護工作阻力；同時可使集中應力轉移到深部圍巖，降低沿空巷道圍巖應力破壞作用，最大限度地發揮沿空巷道圍巖自承載能力；

4）提高支護效果：聚能爆破操作簡單易行，切頂效果好，降低了巷內切頂支柱的性能要求；采用聯合加強支護后降低了工作面回采集中應力對頂板破壞作用，保證了沿空留巷圍巖穩定性。