大斗溝礦8206 膠運順槽切頂卸壓留巷技術研究

黨 永

（晉能控股煤業集團綜采辦公室，山西 大同 037003）

礦井開采深部資源若采用傳統的護巷煤柱會造成煤炭資源浪費、煤柱內應力集中、變形量過大等問題，嚴重時甚至會誘發沖擊地壓、煤與瓦斯突出等安全事故[1-2]。沿空留巷由于不留設護巷煤柱因而可顯著增加煤炭回收率并緩解礦井普遍面臨的采掘接替緊張局面，在深部開采時應用逐漸廣泛[3-5]。文中以大斗溝礦8206 膠運順槽留巷為工程研究對象，對采取的切頂卸壓留巷技術進行詳細闡述，以期能為其他礦井沿空留巷工作開展提供經驗指導。

1 工程概況

8206 工作面位于二盤區東部，開采的2 號煤層埋深介于480～510m 間，厚度2.1～2.8m、平均2.6 m，傾角2°~6°，為優質動力煤。煤層頂底板巖性以泥巖、砂巖為主，具體見表1。

8206 工作面走向、傾向長度為1 661、180 m，采用U 型通風方式，采面回采順槽均掘進面均為矩形（寬×高=5.4 m×2.7 m）。為此緩解礦井采掘接替緊張局面并增加2 號煤層回收率，礦井決定在膠運順槽內采取用切頂卸壓留巷技術。

表1 2 號煤層頂底板巖性

2 切頂卸壓留巷技術方案

2.1 技術工藝流程

根據相關研究成果并結合留巷段應力環境分析結果[6-7]，切頂卸壓留巷技術流程為：

具體如圖1 所示，在采面回采前超前采面在膠運順槽一次回采側施工切縫鉆孔，從而使得留巷段頂板按照預先設計方向形成連續的切縫, 具體見A-A 剖面；隨著采面回采，采空區頂板巖層在礦壓及自重作用下沿著切縫線垮落,具體見圖B-B 剖面；采空區內垮落的巖層在擋矸支護作用下成為留巷段巷幫，具體見C-C 剖面。

圖1 切頂卸壓留巷工藝流程

2.2 切頂留巷技術方案

2.2.1 膠運順槽超前支護

8206 膠運順槽原采用錨網索聯合支護，為了確定留巷段頂板穩定，在一次開采側采用加強錨索（φ21.6 mm×8 000 mm）按照1 000 mm 排距對頂板進行補強支護，具體膠運巷補強支護設計見圖2。加強錨索采用300 mm×300 mm×16 mm 預應力鋼托盤，開孔距煤壁600 mm，并采用BHW-3400-250 型鋼帶配合加強錨索支護頂板。

圖2 留巷段補強支護圖

2.2.2 爆破預裂切縫

在8206 膠運順槽一次回采側在距離巷幫600 mm 位置采用錨索鉆車施工切頂爆破鉆孔，鉆孔φ=50 mm、孔深L=8 000 mm、傾角β=770°、間距a=600 mm。爆破炸藥規格Φ35 mm×180 mm 的煤礦許用二級乳化。切縫爆破孔內裝藥、封孔長度分別為5 m、長度3 m，單孔裝藥量2.85 kg。裝藥采用不耦合間隔式，具體切頂爆破孔裝藥結構見圖3。現場作業時配備專業的裝藥人員將藥卷裝入炮孔內，藥卷之間采用導爆索連接，一次起爆4 個切頂爆破孔。

圖3 孔內裝藥結構

2.2.3 架后加強支護及擋矸支護

1）架后加強支護。在8206 膠運順槽端頭架后0～200 m 范圍用 ZQ4000/20.6/45 切頂護幫支架、DW31.5-200/100x 單體、11 號工字鋼對順槽頂板進行臨時補強支護。待滯后采面200 m 后根據頂板穩定情況采取全部回撤或者間隔回撤支護設備。具體架后支護布置圖見圖4。

圖4 架后支護布置圖

ZQ4000/20.6/45 切頂護幫支架與巷幫間距為500 mm、工作阻力在 24 MPa 以上，DW31.5-200/100x單體與巷幫間距為500 mm、工作阻力控制在12 MPa以上。一個切頂護幫支架上按照1 200 mm 間距布置3 根11 號工字鋼，每根工字鋼采用1 個單體支護。

2）擋矸支護。擋矸支護結構由單體、U 型鋼以及金屬網構成，具體結構見圖5。在采面端頭支架拉到為且升架完成后就在留巷段一次開采幫施工擋矸支護。在29U 型鋼采面向空區側全封閉掛鋼筋網，U 型鋼間距為400 mm；由于留巷段直接頂、直接底均為泥質粉砂巖，強度不高，為此采用穿柱靴戴帽方式避免U 型鋼穿頂鉆底。在U 型鋼側每隔600 mm 布置一穿柱靴戴帽單體。

圖5 擋矸支護結構

2.2.4 留巷段防漏風

在8206 膠運順槽留巷段全程掛設風筒布遮擋，降低留巷時漏風量；在距離采面200 m 以上距離時在留巷幫鋪設厚度150 mm、強度C20 混凝土。當發現噴射的混凝土層有裂隙或者留巷段漏風嚴重時則在留巷幫再噴涂一層高分子材料進行封堵。

2.3 留巷效果分析

為了掌握8206 膠運順槽留巷情況，對留巷段圍巖變形進行監測，發現：

1）8206 膠運順槽采用加強錨索、常規單體邁步式抬棚進行超前支護后，采面超前支承壓力對膠運順槽頂板下沉量影響較小，頂板幾乎不發生下沉，同時底板也為出現底鼓問題。

2）在采面后方通過架后補強支護提高頂板支護強度，頂板下沉量在留巷期間呈現出先快速增加后緩慢平穩趨勢，其中頂板下沉量快速增加時間為7、14 d 后頂板下沉量趨于平穩，監測期間頂板下沉量累積至為120 mm。巷道底板基本無底鼓出現，槽留巷段巷幫變形量較小，最大為65 mm。

3）留巷段圍巖變形與埋深、巷道斷面、圍巖巖性、切頂效果、支護強度及支護方式等因素相關。根據8206 膠運順槽留巷段圍巖變形監測結果可判定所用的切頂卸壓留巷技術應用效果顯著。具體采面后方420 m 位置現場情況見圖6。

圖6 留巷現場圖

3 結 論

1）在8206 膠運順槽通過布置切頂卸壓鉆孔切斷巷道頂板應力傳遞路徑，從而為留巷段創造了較好的應力環境，有助于降低留巷段頂板及幫幫圍巖變形量。

2）8206 膠運順槽留巷段圍巖控制具體支護形式為：頂板采用錨網索及補強錨索進行支護；架后采動影響明顯區采用架后加強切頂護幫支架、單體、字鋼進行臨時支護；一次開采幫采用擋矸支護單體+金屬網+U 型鋼。現場應用后，留巷段頂底板及巷幫變形量均在允許范圍內，圍巖控制效果較高。

3）切頂卸壓留巷技術在8206 膠運順槽成功應用在一定程度上緩解了礦井采掘接替緊張局面，解決了沿空留巷巷道圍巖變形控制困難問題。為后期切頂卸壓留巷技術在礦井大范圍推廣應用積累了寶貴經驗。