深部開采礦井綜采工作面切頂卸壓留巷技術實踐

馬麗威

（汾西礦業柳灣煤礦， 山西 孝義 032300）

引言

隨采深增加采面開采時地質構造、地應力以及瓦斯等對煤炭回采影響更趨明顯，若仍采用傳統的護巷煤柱方式煤柱留設寬度較大，且容易造成煤柱內應力集中[1-2]。沿空留巷技術是一種無煤柱護巷方式，可顯著降低礦井巷道掘進工程量，并將傳統的U型通風方式改為Y 型，避免上隅角位置瓦斯集聚[3]。因此，沿空留巷技術在深部開采礦井中具有顯著的應用優勢。以往沿空留巷多是通過巷旁充填實現，雖然可降低采空區漏風量，但是卻存在充填體變形嚴重、留巷工作繁瑣等問題[4-5]。近些年來興起的切頂卸壓通過切頂卸壓爆破切斷留巷段頂板與采空區頂板應力傳遞路徑，從而達到降低留巷段圍巖變形目的[6]。以11506 綜采工作面為工程實例，對切頂卸壓留巷技術應用進行研究，以期為其他礦井切頂卸壓巷技術應用提供一些經驗借鑒。

1 工程概況

山西某礦現主采的11 號煤層埋深超過650 m，礦井進入深部開采。11 號煤層厚度平均3.3 m，傾角介于10～16°，瓦斯含量超過8 m3/t，煤層具有突出危險性，自燃發火類型為II 類、屬于自燃煤層。11506 綜采工作面設計推進長度860 m、斜長180 m。11 號煤層頂板為細粒砂巖（厚度15.3 m）、底板為泥巖。

為了提高11 號煤層開采效率，提出采用切頂卸壓留巷技術將11506 回風巷保留下來為鄰近的11508 綜采工作面生產服務。11506 回風巷沿著11號煤頂板掘進，梯形斷面，采用錨網索梁支護工藝，頂板錨桿、錨索間排距分別為800 mm×800 mm、1 500 mm×1 600 mm；巷幫錨桿間排距分別為800 mm×800 mm（高幫）、750 mm×800 mm（低幫），具體巷道支護參數見圖1。

圖1 11506 回風巷支護參數（單位：mm）

2 切頂卸壓留巷技術現場應用

2.1 切頂卸壓留巷技術流程

切頂卸壓是通過圍巖補強支護、切頂卸壓、擋矸支護等方式實現采空區頂板沿著切頂縫垮落，從而實現自留巷，具體技術流程見圖2。

首先在超前工作面一定距離（一般為50 m，具體根據采面情況確定）采用高強恒阻錨索對頂板進行補強，提高留巷段頂板巖層承載能力及穩定性；其次，在超前采面幫施工切頂卸壓鉆孔，從而避免采空區覆巖垮落給留巷段圍巖變形造成的影響；最后在采空區幫進行擋矸支護，避免采空區冒落矸石進入到巷道內。

圖2 切頂卸壓留巷技術流程

2.2 留巷技術參數

2.2.1 留巷段超前支護

對留巷段頂板采用高強恒阻錨索進行補強支護，錨索錨固端深入到基本頂內1 m 以上，確保錨索錨固段穩定，并給巷道頂板巖層足夠的支撐力。在留巷段內距離采面幫600 mm 位置布置一排恒阻錨索（Φ21.6 mm×12 300 mm），錨索間距為800 mm，錨索均豎向布置。

2.2.2 深孔切頂卸壓

由于開采的11 號煤層頂板為堅硬且厚度較大的砂巖，為了提高切頂效果提出深、淺孔相結合的切頂爆破方式，其中深孔孔深為17.8m、淺孔孔深為6.0 m、鉆孔孔徑均為50 mm。切頂卸壓鉆孔與采面幫相距200 mm 且有10°外插角，淺孔、深孔交叉布置，間距均為1 000 mm。爆破炸藥為煤礦許用三級乳化炸藥，深孔、淺孔裝藥密度分別為0.85 kg/m、0.5 kg/m。

2.2.3 巷道超前及滯后加強支護

留巷段采用恒阻錨索對頂板進行補強支護。為了降采面采動動壓以及采面后方采空區頂板垮落給留巷段造成影響，采用兩柱式垛式支架（型號ZQ4000/20.6/45）對采面前方40 m 值采面后方340m范圍內進行補強支護，在巷道內每隔2 m 布置一兩柱式垛式支架，在加強支護范圍內共計布置190 臺支架。支架均靠近回采幫布置，設計初撐力控制在25 MPa 以上。

2.2.4 擋矸支護

在采面后方0～300m 范圍內采用U 型鋼（可伸縮）、擋矸網、金屬背板等進行擋矸。可伸縮U 型鋼是通過2 副卡纜連接2 段長度均為2 500 mm 的36U 型鋼，2 個36U 型鋼搭接距離為500 mm；為了確保U 型鋼可有效抵御巷幫應力，采用規格Φ20 mm×2 400 mm 螺紋鋼錨桿將U 型鋼固定到頂板上，U 型鋼布置間距為500 mm。鄰近的兩排U 型鋼采用槽鋼、卡扣等連接，從而將使得U 型鋼連接成一個整體，提高U 型鋼穩定性。擋矸網材質為高強聚酯纖維網，具有高強、柔性等特點，網片寬度為2 000 mm，通過相互搭接組成擋矸網。當采空區側巷幫與U 型鋼接觸不密實時，采用金屬背板背幫。具體留巷段圍巖支護見圖3。

2.3 留巷效果分析

在11506 回風巷留巷期間，在留巷段內每隔50 m布置一測站對留巷段圍巖變形進行監測。具體監測到的留巷段圍巖變形監測結果見圖4。

圖3 留巷段圍巖支護（單位：mm）

圖4 留巷段圍巖變形監測結果

根據留巷段變形監測結果，可將留巷段劃分成動壓影響劇烈區（A 區、滯后采面 0～80 m），該區內留巷段圍巖受采空區覆巖彎曲、下沉影響顯著，圍巖急劇變形；動壓影響弱化區（B 區、滯后采面 80～150 m），隨著采空區覆巖區域穩定，動壓對留巷段圍巖印象弱化，巷道圍巖變形量有所平緩；留巷一次穩定區（C區、滯后采面150～200 m），該區域內采空區覆巖基本穩定，留巷段圍巖變形顯著減小；回撤影響區（D 區、滯后采面200～260 m），在該區域內受臨時支護設備回撤影響，圍巖應力再次平衡，圍巖變形再次穩定；成巷穩定區（E 區、滯后采面260 m 以外），臨時支護設備完成回撤，巷道圍巖變形穩定，實現留巷。

從圍巖變形監測結果看出，11506 回風巷留巷段圍巖在滯后采面250 m 后變形基本趨于穩定，其中采空區幫、實體煤幫最大變形量分別為295 mm、228 mm，頂板、底板最大變形量分別為208 mm、275 mm，留巷段圍巖變形整體較小，可滿足巷道使用需要。

3 結論

1）11508 綜采工作面開采深度超過650 m，若采用傳統的護巷煤柱留巷不僅需要留巷寬度超過30 m，而且需要耗費大量的人力、物力資源治理新掘巷道瓦斯，無法實現煤炭高效回采。為此，提出采用切頂卸壓留巷技術提高煤層開采效率。

2）根據11508 回風巷圍巖條件，對留巷巷道超前補強支護、切頂爆破卸壓、滯后支護以及擋矸支護等切頂卸壓留巷關鍵技術參數進行設計。現場應用后，留巷段滯后采面260 m 以外圍巖變形穩定，其中，頂板、底板、實體煤幫及采空區幫變形量最大分別為 208 mm、275 mm、228 mm、295 mm，留巷段圍巖變形整體較小，可滿足巷道使用需要。