切頂卸壓在沿空留巷技術上的應用

張言

（冀中能源峰峰集團 大淑村礦，河北 邯鄲 054000）

1 概況

峰峰集團是一個具有百年開采歷史的煤炭企業，為延長礦井壽命，薄煤開采逐漸成為主力。沿空留巷技術具有提高煤炭資源采出率、改善巷道維護工作量、減少巷道掘進量、緩解采掘銜接矛盾等優點。大淑村礦在沿空留巷技術方面進行了積極的探索，通過借鑒他礦經驗，結合現場條件，選擇柔模泵注混凝土沿空留巷工藝，從2011 年開始使用該技術，經過10 個工作面的使用總結和完善，取得良好的效果。沿空留巷在薄煤工作面的應用，減少了巷道開拓的工程量，但沿空留巷墻體里側的頂板采用緩慢下沉垮落法管理頂板，導致沿空留巷墻體承壓過大，時常出現墻體被壓崩、壓壞的情況，影響留巷效果，給工作面通風安全帶來了隱患。基于此，該礦對切頂卸壓技術進行了深入研究，用于解決沿空留巷所遇到的主要問題。

2 切頂卸壓在沿空留巷技術上的應用

174402 工作面所采煤層屬于薄煤，上摸頂、下摸底一次采全高，采高為0.6～1.6 m，一般為1.2 m，煤層傾角平均9°，直接頂為野青石灰巖，直接底為細砂巖，頂、底板巖性均較堅硬，采用走向長壁后退式綜合機械化采煤法，“Y”型通風，切眼及上順槽采用沿空留巷技術留巷。針對沿空留巷所遇到的壓力顯現明顯，采取了切頂卸壓技術進行控制。

2.1 定期分析頂板巖性與層位

根據采煤工作面回采進度，定期對需要沿空留巷的區域進行頂板巖性和層位分析。174402 回采工作面所需留設巷道為上順槽，根據沿空留巷區域，每3 m 對頂板進行打設分析鉆孔，鉆孔布置在沿空留巷載體中間，孔徑32 mm。根據鉆孔對沿空留巷區域直接頂和基本頂板厚度、傾角、走向進行分析，進而確定直接頂的基本情況。該項工作需要超前工作面回采完成，從而確保后期沿空留巷所需地質資料準確及時性。

2.2 計算卸壓鉆孔

對沿空留巷頂板的巖性、層位進行分析，詳細了解其產狀后，對卸壓鉆孔進行合理設計。卸壓鉆孔主要依據直接頂的厚度、傾角、沿空留巷寬度及煤層厚度等技術參數進行驗算確認，對卸壓鉆孔的開孔位置、方向、深度進行定性計算，確定鉆孔基本施工參數。爆破位置距離沿空留巷設計邊緣1.0 m，深度達到基本頂板1.5 m 的范圍，可實現爆破后采空區頂板全部垮落。

2.3 施工卸壓鉆孔

作業前，通過分析頂板基本情況，確定卸壓鉆孔的基本施工參數，再進行施工作業。按照鉆孔施工參數，利用DCA-45 型切縫鉆機對沿空留巷的煤壁進行超前施工鉆眼，確保鉆眼各項參數不受采動影響。此項技術需要穿煤定位卸壓鉆孔在直接頂的位置，因此需要精準定位方向，確保鉆孔的精準度。

2.4 定量爆破切頂卸壓

依據切頂爆破的深度和直接頂厚度，合理確定爆破參數。在爆破鉆孔中安裝BTC-1500 型聚能管，外徑42 mm，內徑36.5 mm，管長1 500 mm，藥包外徑32 mm，長200 mm，每鉆孔安裝的聚能管數量根據頂板厚度調整，聚能管必須捅到孔底，并留有500 mm 的封孔長度，一次拉炮距離不超過20 m。生產工序為打設預裂爆破炮眼—支護澆注空間—清理支袋的浮煤浮砟—掛柔模側翼（使用板梁或木板，保證柔模成型）—安裝錨栓—清洗濕潤管路—注混凝土（按設計要求進行混凝土配比拌料）—封孔—清理管路—保養48 h（混凝土強度達到設計要求）—回撤點柱—進行裝藥切頂爆破。

2.5 技術關鍵控制點

（1）引進DCA-45 型切縫鉆機，利用切縫鉆機在174402 綜采工作面進行切頂爆破，給沿空留巷墻體進行卸壓。

（2）切頂爆破工作要超前，否則當采空區頂板來壓后沿空留巷墻體承壓過大，時常出現墻體被壓崩、壓壞等情況發生。

（3）準確判斷直接頂和基本頂。切頂卸壓鉆孔的基本參數主要依據分析鉆眼的情況確定，如若對頂板巖性判斷錯誤，則會造成極大的偏差，無法準確指導具體施工。因此，分析判斷頂板特性時，需要有地質基礎專業人員進行指導。

3 技術成果

3.1 經濟效益

大淑村礦野青巷道的掘進成本為2 497 元/m，柔模泵注混凝土沿空留巷設計留巷成本為1 123 元/m，每米節約1 374 元。目前已經實施沿空留巷10個工作面（表1），按目前留巷總長度6 193 m 計算，節約850.9 萬元。沿空留巷減少野青煤柱損失20 m，按煤厚1.5 m，容重1.55 t/m3，走向5 061 m計算，多回收煤炭23.5 萬t，經濟效益顯著。

表1 大淑村礦沿空留巷情況Table 1 Situation of gob-side entry retaining in Dashucun Mine

3.2 其他效益

（1）采用柔模泵注混凝土沿空留巷技術，與沿空掘巷比可實現無煤柱開采，減少資源損失。

（2）減輕了工人的勞動強度，加快了留巷速度。柔模泵注混凝土沿空留巷技術可以有效地降低工人的勞動強度，改善作業環境，同時也提高了機械化程度，加快留巷速度，提高了工效。

（3）改善生產條件，提高支護效果。采用柔模泵注混凝土這種高阻力、早支撐的剛性巷旁支護，實現了切頂卸載，使巷道變形量小，巷道支架受力小，在服務期內巷道斷面滿足生產需要，維修費用較低。

（4）節省一組采掘隊伍，減少了大量掘進設備投入，降低安全事故幾率，促進原煤生產實現穩產高產。

（5）按大淑村礦野青半煤巖巷道掘進施工速度3 m/d 計算，掘進740 m 巷道需要246 d，大幅度緩解了銜接緊張的局面。

（6）柔模泵注混凝土沿空留巷設計科學先進，為集團公司的快速發展提供了技術手段。

4 結語

切頂卸壓技術可以有效解決薄煤工作面采空區頂板垮落不充分、不均勻、不及時對沿空留巷的破壞難題，釋放采空區頂板壓力，減少采空區頂板壓力和工作面周期來壓在沿空留巷巷道上的顯現，對于沿空留巷技術是一項補充完善技術。通過切頂卸壓爆破技術在174402 綜采工作面的成功應用，可以得出一套行之有效的解決沿空留巷墻體被壓崩、壓壞的經驗與方法，從根本上保證了礦井正常銜接，減少巷道整修和掘進。