回采工作面切頂卸壓無煤柱留巷技術研究

李廷敬

（汾西礦業高陽煤礦， 山西 孝義 032300）

引言

近年來，雙向聚能爆破在礦井沿空留巷中逐漸得到推廣應用，通過爆破后形成的切縫有效降低采空區覆巖移動對巷道穩定性影響，實現巷道圍巖穩定[1-2]。眾多研究成果也為切頂卸壓留巷技術在礦井中應用推廣創造良好條件[3-5]，其中：王亞飛[6]根據5-200 綜采工作地質條件對從切頂卸壓留巷施工參數進行詳細設計，并進行了現場應用，留巷巷道圍巖變形得到有效控制；毛懷勇[7]以8820 工作面沿空留巷為工程背景，對切頂卸壓留巷技術現場應用情況進行詳細闡述。山西某礦生產由于受到地質構造、瓦斯等因素影響，巷道掘進效率較低，生產過程中面臨的采掘接替矛盾較為突出。為此，礦井決定在1506 綜采工作面采用切頂卸壓無煤柱留巷技術，現場應用取得顯著效果。

1 某礦綜采1506 工作面概況

山西某礦1506 綜采工作面開采5 號煤層厚1.5～1.8m，采面設計走向、傾向長度分別為460m、118m，具體頂底板巖性見表1。采面東側為圈定的1508采面（未采）、西側為1504 采空區，南側為采區邊界保護煤柱，北側為采區集中運輸、回風以及軌道巷。1506 綜采面內煤層儲量為9.5 萬t，1506 回風巷為矩形斷面（寬3.8 m、高2.5 m），采用錨網索支護形式。

2 切頂卸壓留巷技術現場應用

切頂卸壓留巷需要對留設巷道頂板進行預先爆破，當采空區頂板垮落下沉后，頂板會沿著預先爆破產生的切縫垮落，從而降低覆巖移動對留巷巷道影響，控制留巷巷道頂板穩定。

2.1 切頂留巷工藝流程

在1506 回風巷內采用的切頂卸壓留巷技術工藝流程為：

表1 5 號煤層頂底板巖性

1）通過在回風巷頂板布置恒阻錨索提升頂板承載能力及穩定性；

2）施工切頂卸壓爆破，從而在留巷邊緣頂板覆巖中形成切頂卸壓線；

3）在采動影響顯著區域內密集布置單體支柱降低采動壓力對留巷巷道影響；

4）在留巷巷道采空區側采用單體、工字鋼以及金屬網制作檔桿墻，避免采空區矸石進入巷道內；

5）對于垮落不充分的區域采用注漿充填或者水泥背實，并在表層進行噴漿降低采空區漏風量。

2.2 切頂留巷支護設計

為了保證切頂卸壓留巷圍巖穩定，在用恒阻錨索進行補強，采用的錨索規格為Φ21.8 mm×8 300 mm，間排距為1.6 m×2.4 m，采用3-3 布置方式，恒阻值35 t。切頂錨索與采面幫距離為0.6 m，使用的托盤規格為300 mm×300 mm×15 mm，預緊力在28 t 以上。頂支護錨桿為Φ18 mm×1 700 mm，間排距1.0 m×1.2 m，強化支護后的回風巷支護斷面見下頁圖1。

2.3 切頂卸壓爆破

待對回風巷提前進行強化支護后，在超前回采工作面40～50 m 距離按照預先設定的切眼爆破孔施工。設計的切頂卸壓爆破孔深度在6.0 m，與巷道頂板水平夾角為75°，采用的雙向均能管（見下頁圖2）外、外徑分別為36 mm、42 mm，管長1 500 mm。爆破孔間距為0.6 m，一次爆破4 個切頂卸壓孔。

圖1 強化支護后的回風巷支護斷面

圖2 雙向均能管示意圖

2.4 來壓期間圍巖控制

為了確保采面來壓期間圍巖穩定，避免采空區內冒落矸石進入到留巷巷道內，用工字鋼（2 450 mm）、單體（DZ25-25/100）配合鋼筋網組成檔矸墻進行支護。在采面后方0～40 m 范圍內布置4 排單體，在靠近切縫線側密集布置2 排單體支柱，柱間距為0.6 m；在采空區后方40～70 m 范圍內，回撤巷旁以及巷道中部各布置一排單體支柱。

在工字鋼背部布置Φ6 mm 鍍鋅鉛絲制作的鋼筋網，網片大小為1.5 m×1.0 m，網孔規格為100 mm×100 mm。具體在切頂卸壓留巷不同位置支護情況見圖3。

圖3 切頂卸壓留巷不同位置支護情況

2.5 回采巷道超前支護

超前采面20 m 用單體、π 型梁對回采巷道超前支護，每排布置2 根單體，柱間距為1.0 m，最外側單體與巷幫間距為0.5 m，同時應采取防倒、防掉技術措施。

3 切頂留巷效果分析

3.1 圍巖控制效果

根據設定的切頂卸壓爆破參數以及留巷支護參數，1506 回風巷現已留巷超過400 m，采面后方采空區覆巖沿著預先爆破形成的切頂線垮落，對留巷圍巖影響較小。1506 回風巷留巷段內頂板保持較好的完整性。經過現場觀測，在采面后方25～30 m 范圍內留巷巷道頂板最大下沉量為350 mm，巷幫變形量最大為480 mm，布置的單體支護工作阻力為38.2 MPa，為整個留巷過程中圍巖變形最大區域。從圍巖變形來看，1506 回風巷采用切頂卸壓留巷后圍巖變形可以滿足后續巷道使用需要。

3.2 經濟效益

若采用常規方式掘進巷道時成本約為2 200 元/m，采用切頂卸壓無煤柱留巷方式時不僅可以回收12 m 護巷煤柱，而且可以緩解采面接替緊張問題。僅從支護、掘進以及資源回收方面來分析，就可為礦井多創造100 萬元經濟效益。

3.3 現場應用

在1506 回風巷內成功采用切頂卸壓留巷技術后，礦井每年可減少約6 000 m 新掘巷道工程量，多開采約23 萬t 煤炭。切頂卸壓留巷技術具有較為廣泛的推廣應用前景。

4 結語

1）相對于傳統的留巷煤柱保護巷道模式，切頂卸壓沿空留巷后可以降低巷道掘進工程量。就1506綜采工作面而言，煤炭開采率提升約10.2%；同時切頂卸壓留巷后的巷道掘進、支護費用校普通的新掘巷道可以節省1 000 元/m 的成本，可以起到顯著的降本增效效果。

2）在實際的切頂卸壓留巷過程中，施工的爆破孔應盡量布置在同一平面上，從而提升形成的切縫連貫性、留巷的圍巖穩定性。