切頂卸壓技術(shù)在淺埋大采高工作面沿空留巷中的實(shí)踐

孟建杰

（同煤集團(tuán)挖金灣虎龍溝煤業(yè)綜采隊(duì)，山西 朔州 038300）

淺埋大采高工作面煤層埋深淺、基巖薄、上覆厚松散砂土，頂板不易形成關(guān)鍵層，基本頂破斷時(shí)不易形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，同時(shí)由于采高較大，來壓有明顯動載現(xiàn)象，礦壓顯現(xiàn)劇烈，巷道變形嚴(yán)重。同煤集團(tuán)虎龍溝煤礦主要是采用長壁開采方法，在長壁開采中因需要留設(shè)煤柱會導(dǎo)致煤炭資源大量損失。進(jìn)行切頂爆炸卸壓沿空自動成巷無煤柱開采試驗(yàn)，對虎龍溝煤礦淺埋煤層工作面有重大意義。

1 工程概況

大同煤礦集團(tuán)挖金灣虎龍溝煤業(yè)公司虎龍溝煤礦307 盤區(qū)3#層S1201 工作面位于307 風(fēng)井西南部，沿東西方面布置，工作面走向長度2 415.7 m，傾斜長度286 m。工作面煤層厚度為2.74～4.76 m，平均厚度3.49 m；煤層傾角1°～4°，平均傾角3°；工作面埋深95～175 m，屬于淺埋層。工作面巖性：煤層偽頂為黑色炭質(zhì)泥巖，厚0.2～0.5 m，質(zhì)軟，易碎，裂隙發(fā)育，隨采隨落；直接頂板為粉砂巖，性脆，易碎，飽和抗壓強(qiáng)度2.84～13.82 MPa，抗拉強(qiáng)度為1.88 MPa，屬二級頂板；底板為粉砂巖，抗壓強(qiáng)度低，易碎。S1201 工作面布置情況如圖1。

圖1 S1201 工作面布置情況圖

2 切頂卸壓沿空留巷工藝方案

基于S1201 工作面的地質(zhì)特征及現(xiàn)場實(shí)況，設(shè)計(jì)應(yīng)用切頂卸壓沿空留巷工藝進(jìn)行開采，其工藝方案關(guān)鍵技術(shù)主要有：（1）應(yīng)用恒阻大變形錨索進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，有效控制頂板下沉；（2）采用聚能拉張爆破來實(shí)現(xiàn)巷道頂板定向預(yù)裂；（3）沿空擋矸巷旁的單體支柱支護(hù)頂板。

通過對S1201 工作面地質(zhì)及現(xiàn)場情況分析，試驗(yàn)確定了S1201 工作面切頂卸壓沿空留巷參數(shù)，如圖2。

（1）爆破預(yù)裂切縫參數(shù)。針對S1201 工作面直接頂較軟弱、基本頂堅(jiān)硬的復(fù)合巖層條件，確定了爆破預(yù)裂切縫參數(shù)：① 在運(yùn)輸巷煤壁側(cè)距煤壁的0.3 m 處布置1 排聚能爆破孔，炮孔間距0.5 m，炮孔深度8 m，傾向采空區(qū)方向8°。② 聚能管最佳裝藥量為“3+2+3+2+1”卷，每孔5 根聚能管，聚能管長度全為1.5 m，封泥長度2.25 m，藥卷規(guī)格為D27 mm×300 mm，質(zhì)量200 g/卷。③ 聚能管外徑42 mm，內(nèi)徑36.5 mm，管長1500 mm，裝藥量1 kg。④ 封孔采用黃泥封孔，采用正向裝藥，單孔雷管串聯(lián)起爆。⑤ 確定鉆孔位置后，用錨桿鉆機(jī)鉆孔，鉆頭直徑50 mm。

（2）錨索補(bǔ)強(qiáng)加固支護(hù)參數(shù)：① 恒阻錨索直徑21.8 mm，長度10.5 m，間排距1000 mm×1500 mm；恒阻器長500 mm，外徑72 mm，最大允許變形量300 mm，恒阻值33±2 t，預(yù)緊力28 t。② 靠近采空區(qū)側(cè)布置恒阻大變形錨索，距留巷幫700 mm，排距1000 mm。

（3）動壓加強(qiáng)支護(hù)參數(shù)。工作面架后200 m選用DZ25-25/100 型單體液壓支柱配金屬π 型頂梁進(jìn)行支護(hù)，排距1.2 m，柱距0.8 m；每排單體上方架設(shè)一根π 型梁，長度4.5 m。擋矸支護(hù)“單體液壓支柱+11#工字鋼+鐵絲網(wǎng)”，該支護(hù)可以防止矸石躥入留巷內(nèi)影響留巷效果。

3 現(xiàn)場監(jiān)測及成巷效果分析

3.1 現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果分析

采用KGU101-200 頂?shù)装逡平縿討B(tài)觀測報(bào)警儀對S1201 工作面巷道頂?shù)装逡平壳闆r進(jìn)行監(jiān)測，可得切縫側(cè)和煤柱側(cè)頂?shù)装逡平孔兓疽鈭D，如圖3。

圖3 S1201 工作面巷道頂?shù)装逡平孔兓?/p>

從圖3 可知，S1201 工作面巷道頂?shù)装逡平兓饕腥齻€(gè)階段：架后0～50 m 之間，受上區(qū)段鄰近工作面采動影響，老頂回轉(zhuǎn)下沉，從圖中可知架后40～60 m 頂?shù)装宕嬖诿黠@移近，頂板發(fā)生一次大面積來壓；架后60～150 m 之間，該階段頂板沒有完全穩(wěn)定，在基本頂觸矸后，隨著采空區(qū)矸石壓實(shí)，巷道頂?shù)装鍟軇訅河绊懓l(fā)生移近，但移近量變化趨勢較為平緩；架后150～350 m 之間，該階段巷道頂?shù)装逡平炕痉€(wěn)定，頂板表現(xiàn)有微量下沉，整體上處于平衡穩(wěn)定狀態(tài)。因此從架后200 m 左右位置可以回撤臨時(shí)支護(hù)設(shè)備。

從圖3 可知，在架后0～150 m 之間，切縫側(cè)頂板下沉量從0 增加到400 mm，之后趨于穩(wěn)定狀態(tài)，切縫側(cè)下沉量穩(wěn)定在410～440 mm；架后0～100 m之間，煤柱側(cè)下沉量從0 增加到200 mm，之后趨于穩(wěn)定狀態(tài)，煤柱側(cè)下沉量穩(wěn)定在210～240 mm。

對巷段兩幫移近情況進(jìn)行監(jiān)測，得兩幫移近量變化圖，如圖4。從圖4 可知，巷段兩幫與頂板移近變化趨勢相同，在架后0～40 m 之間位置處有較大移近，之后兩幫移近趨于平緩，至架后140 m 處趨于穩(wěn)定，最大移近240 m 左右，在對臨時(shí)支護(hù)進(jìn)行回撤后兩幫移近量無明顯增加。同時(shí)一般在回撤單體支柱前在留巷內(nèi)碎石幫側(cè)進(jìn)行噴漿、注漿或砌防漏風(fēng)墻等措施。

圖4 巷道兩幫移近量變化圖

從圖5 可知，恒阻錨索應(yīng)力值在兩處位置有明顯的升高：第一處在滯后工作面38～50 m 的位置，在該處位置時(shí)基本頂巖層對恒阻錨索進(jìn)行作用；第二處在滯后工作面100～120 m 位置，矸石在上覆巖層作用下造成頂板回轉(zhuǎn)變形。在整個(gè)過程中錨索最大拉力為357 kN，測點(diǎn)錨索達(dá)恒阻狀態(tài)。

圖5 恒阻錨索應(yīng)力計(jì)錨索應(yīng)力值變化曲線

3.2 切頂卸壓自成巷效果分析

通過對S1201 工作面的工業(yè)性試驗(yàn)，確定了適合該礦S1201 工作面的施工方案及施工參數(shù)。從實(shí)踐應(yīng)用結(jié)果來看，該巷道圍巖控制體系方案留巷效果良好，如圖6。

圖6 S1201 工作面成巷效果圖

4 結(jié)論

針對大采高淺埋煤層的S1201 工作面，設(shè)計(jì)了切頂卸壓沿空留巷工藝的開采方案，通過對恒阻錨索受力、頂?shù)装逡平康膶?shí)時(shí)在線監(jiān)測，該切頂卸壓沿空留巷工藝方案能有效控制巷道圍巖的變形量，留巷效果良好。該研究為有效地實(shí)現(xiàn)煤礦高產(chǎn)高效安全開采提供了基礎(chǔ)。