億欣煤業(yè)切頂卸壓沿空成巷技術(shù)研究

李豐廷

（晉煤集團晉圣億欣煤業(yè)，山西 沁水 048200）

1 工程概況

億欣煤業(yè)XV1307 工作面開采15 號煤層，布置在一盤區(qū)東軌道大巷南側(cè)、XV1306 綜采工作面（已采）東側(cè)、XV2306 工作面（正在布置）西側(cè)，平均埋深200 m，平均煤厚2.2 m。工作面煤層結(jié)構(gòu)簡單，全區(qū)穩(wěn)定可采，平均傾角為7°，普氏系數(shù)為2～4。工作面直接頂為均厚16.4 m 的K2 石灰?guī)r，質(zhì)地堅硬，厚層狀；基本頂為均厚2.7 m 的泥巖，質(zhì)地較軟，含較多植物碎片；直接底為均厚1.8 m的泥巖，含炭質(zhì)較多，質(zhì)地較軟。工作面采用傾斜長壁、一次采全高、全部垮落法處理采空區(qū)，后退式綜合機械化采煤法。

XV1214 巷作為XV1307 工作面的進風巷，斷面尺寸為5.2 m×2.5 m，其中108～680 m 范圍內(nèi)采用切頂卸壓自動成巷無煤柱開采技術(shù)保留巷道，留作下一工作面（XV2306 工作面）的回采巷道。在實施切頂卸壓成巷工藝時，技術(shù)過程要求高，尤其是在頂板為堅硬厚石灰?guī)r情況下，需要采取爆破切頂工藝，提高成巷率。

2 切頂卸壓沿空成巷機理分析

XV1307 工作面應(yīng)用切頂卸壓沿空成巷技術(shù)的本質(zhì)是在礦山壓力作用下將巷道采空區(qū)一側(cè)頂板沿采空區(qū)邊緣強制垮落，完整地保留原巷道，繼續(xù)服務(wù)下一工作面。如圖1，在爆破鉆孔作用下，沿切頂面會形成一定程度的破碎弱面，在上方采動壓力和原巖應(yīng)力作用下，采空區(qū)頂板發(fā)生彎曲下沉，下沉到一定程度，就會沿切頂弱面發(fā)生斷裂。此時留巷順槽被較完整地保留下來，工作面由原來“一面兩巷”變成“一面一巷”，極大地提高了巷道使用效率，減少了煤柱資源浪費。

XV1307 工作面的XV1214 巷道實施切頂卸壓沿空成巷，需要先提高預(yù)留巷道的整體支護強度，防止因為爆破或頂板切斷造成巷道破碎的情況；其次，需要切頂面爆破充分，預(yù)裂切頂高度和角度要能夠保證采空區(qū)頂板的斷裂下沉，實現(xiàn)整體拉斷，充分形成預(yù)留巷道巷幫的效果；最后，需要布置擋矸支護措施，保證巷道整體斷面完整性，實現(xiàn)巷道下工作面正常服務(wù)。

圖1 切頂卸壓沿空成巷原理

3 XV1214 巷道切頂卸壓成巷技術(shù)措施

3.1 恒阻錨索補強支護技術(shù)

XV1307 工作面的XV1214 巷在實施切頂爆破之前，需要增強巷道整體穩(wěn)定性，采用長恒阻錨索將巷道上方頂板進行進一步加固。恒阻錨索選用規(guī)格Ф21.8 mm×12 300 mm 的鋼絞線，恒阻值35 t，預(yù)緊力不小于28 t，恒阻器直徑為73 mm，恒阻器長度為500 mm，同一斷面內(nèi)分別布置3 排，如圖2。切頂側(cè)為第1 排，距巷幫600 mm，距切眼面400 mm，錨索間距1000 mm，垂直巷道頂板安設(shè)；第2 排錨索相距切頂側(cè)1600 mm，錨索間距為2000 mm，垂直于巷道頂板安設(shè)；第3 排錨索距切頂側(cè)3300 mm，錨索間距2000 mm，與豎直方向成15°斜向?qū)嶓w煤側(cè)安設(shè)。平托盤規(guī)格選用300 mm×300 mm×20 mm，同一排錨索用1 根3 m 的18#槽鋼連接。打眼前要先敲幫問頂，仔細檢查頂幫圍巖情況，找掉活矸、危巖，確認安全后方可開始工作，錨索的位置要準確，眼位誤差不得超過100 mm，眼向誤差不得大于2°。

圖2 恒阻錨索支護示意

3.2 切頂爆破方案設(shè)計

切頂爆破的切眼面設(shè)計距第1 排錨索400 mm處，與豎直方向成15°向采空區(qū)側(cè)，鉆孔鉆機采用專用切縫鉆機，采用雙向聚能爆破預(yù)裂技術(shù)。考慮頂板巖性及1307 工作面采高影響，確定預(yù)裂切縫孔深度為10 m，炮眼直徑為52 mm。由于單孔起爆容易封泥堵孔造成切眼面裂隙貫通程度降低，在實驗評估的基礎(chǔ)上采用4 連孔、間隔1 孔起爆，裝藥孔間距為500 mm，一次起爆8 個爆破孔，如圖3。雙向聚能管采用特制聚能PVC 管材加工而成，聚能管外徑40 mm，內(nèi)徑36.5 mm，管長1500 mm，采用二級煤礦乳化炸藥，規(guī)格為Φ32 mm×200 mm/卷。裝藥量為14 根藥卷，每孔6 根聚能管，封泥長度為1.0 m。聚能炮孔裝藥要從孔底聚能管開始連續(xù)裝藥，引線逐次穿過聚能管，每個聚能管設(shè)置一個雷管，未裝藥聚能管不需要雷管。

圖3 切頂爆破方案設(shè)計

3.3 巷道臨時支護方案

工作面推進過程中，不同位置巷道受采動影響不同。工作面超前段會受到超前壓力的影響。工作面開采后，頂板開采垮落，且從垮落到穩(wěn)定需要一定的時間，因此距工作面較近的架后區(qū)域不僅需要進行頂板支護，還需進行擋矸支護。隨著工作面繼續(xù)推進，當巷道距工作面較遠時，頂板運動基本會趨于穩(wěn)定，此時可將架后臨時支護的設(shè)備撤掉，只進行擋矸支護即可。根據(jù)以往現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，將工作面附近劃分為三個區(qū)：超前支護區(qū)（工作面前方30 m）、超后臨時支護區(qū)（架后0～200 m）、成巷穩(wěn)定區(qū)（架后200 m 之后）。不同分區(qū)根據(jù)需要采取不同的支護措施。

（1）超前支護區(qū)。此區(qū)域處在工作面超前支承應(yīng)力影響區(qū)范圍內(nèi)，頂板受壓較大，加強支護方式采用單體液壓支柱，間排距1200 mm×1000 mm，每排兩根。

（2）臨時支護區(qū)。此區(qū)域巷道位于工作面后方壓力影響區(qū)，受采空區(qū)動壓影響，頂板垮落巖石容易涌入巷道，此時在控制上方頂板下沉的同時還需阻止矸石進入。臨時支護采用單體液壓支柱+π型鋼梁和單體液壓支柱+29U 型鋼可縮支架+鋼筋網(wǎng)進行擋矸支護。單體液壓支柱布置在巷道中部和切縫邊緣，巷道中部單體間距為1000 mm，切縫邊緣單體間距為500 mm，U 型鋼與切縫邊緣單體交替布置，兩者相距250 mm，鋼筋網(wǎng)尺寸為1000 mm×2000 mm，搭接長度不小于200 mm。

（3）成巷穩(wěn)定區(qū)。此區(qū)域巷道頂板已全部切落，圍巖變形也趨于穩(wěn)定，可以將先前單體液壓支柱、π 型鋼梁和U 型鋼支架進行逐漸撤回，直至僅采取常規(guī)錨桿索支護。

3.4 工程應(yīng)用效果

按照XV1307 工作面巷道切頂卸壓沿空成巷實施方案，在XV1214 巷進行了工業(yè)性試驗，需要對巷道表面變形情況和頂板受力情況進行監(jiān)測分析。在沿空留巷600 m 范圍內(nèi)設(shè)置6 個測站，每個測站間隔100 m，每個測站中布置一套位移監(jiān)測儀和2套恒阻錨索受力監(jiān)測儀。選取測站位置為400 m 位置處的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，錨索監(jiān)測曲線如圖4。工作面超前支承應(yīng)力影響范圍在20 m 左右，工作面后方30 m 左右時錨索受力穩(wěn)定在90 MPa 附近，表明頂板已切落卸壓，繼續(xù)保持穩(wěn)定。對巷道圍巖變形而言，工作面推過400 m 位置后，在后方50 m范圍內(nèi)的巷道變形速率最大，此時為卸壓后巷道急劇變形期，后方80～100 m 范圍的變形速率逐漸趨于穩(wěn)定，150 m 之后巷道變形速率小于1 mm/d，穩(wěn)定后的巷道頂?shù)装逡平吭?75 mm，兩幫移近量在200 mm，占巷道斷面的尺寸比例小，完全能夠滿足下工作面服務(wù)要求。

圖4 錨索受力監(jiān)測曲線

4 結(jié) 論

億欣煤業(yè)XV1307 工作面切頂卸壓沿空留巷能夠使工作面由“一面兩巷”轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙幻嬉幌铩保軌蛴行Ь徑獾V井采掘接續(xù)緊張的問題。在分析XV1214 巷道切頂成巷機理的基礎(chǔ)上，設(shè)計了恒阻錨索補強支護方案，并針對切頂爆破參數(shù)進行了優(yōu)化，同時針對不同受力區(qū)域確定了不同支護側(cè)重點。工程實踐表明，巷道表面變形量在可控范圍內(nèi)，恒阻錨索受力在留巷期間較穩(wěn)定，沿空巷道能夠滿足工作面服務(wù)要求。