8714 工作面沿空留巷無煤柱開采方案設(shè)計

張曉斌

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)晉華宮礦，山西 大同 037000）

沿空留巷無煤柱開采技術(shù)具有回采率高、掘進(jìn)量小的特點(diǎn)，針對晉華宮礦圍巖壓力大、變形嚴(yán)重、支護(hù)效果不理想等問題，提出沿空留巷無煤柱開采方案，解決8714 工作面回采銜接不緊密的問題，提高煤炭的利用率[1]。

1 概況

8714 工作面是首采工作面，平均埋深331 m，煤層厚度為5.22～6.42 m，煤層結(jié)構(gòu)比較簡單，傾斜角度為2°～8°。煤層為原生結(jié)構(gòu)煤，比較穩(wěn)定。基本頂?shù)某煞种饕谴稚皫r，厚度11.34 m；直接頂?shù)某煞种饕羌?xì)沙巖，厚度為2.70 m；偽頂?shù)某煞种饕翘抠|(zhì)泥巖，厚度為1.59 m；直接底的成分主要是泥巖，厚度4.01 m；基本底的成分主要是含礫粗砂巖，厚度8.27 m。

2 影響沿空留巷圍巖穩(wěn)定因素

晉華宮礦8714 工作面中部剖面圖如圖1。

圖1 工作面剖面圖

采場和巷道礦山壓力的顯現(xiàn)主要是由基本頂造成的，根據(jù)巷道頂板破斷特征以及采空區(qū)殘留邊界特征的分析，將基本頂破斷過程看作周期來壓過程[2]，在基本頂破斷過程中，會形成“弧形三角板”和“結(jié)構(gòu)塊3”。隨著開采的影響，圍巖運(yùn)動、礦壓顯現(xiàn)等都會產(chǎn)生動壓影響，引起巷道頂?shù)装宄霈F(xiàn)下沉、底鼓等現(xiàn)象，在采空區(qū)內(nèi)形成殘留邊界，即為“結(jié)構(gòu)塊3”，其自身無承載能力，只能傳遞上覆巖層壓力，在自重及上覆巖層壓力的影響下對巷道造成持續(xù)的巨大的靜壓影響，引起巷道頂板下沉、漲幫、底鼓等變形。當(dāng)采空區(qū)邊緣的圍巖結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定時，在開采影響下極易出現(xiàn)二次破壞，對巷道造成劇烈的動壓影響，導(dǎo)致巷道嚴(yán)重變形，甚至損壞。

因此，巷道周期來壓的根源在于巷道上方的基本頂，基本頂?shù)摹癘-X”破斷過程引起工作面和巷道周期來壓，伴隨著劇烈的動壓，作用在巷道圍巖引起巷道劇烈變形破壞，由“弧形三角板”“X”型破斷形成的“結(jié)構(gòu)塊3”對巷道造成持續(xù)的、巨大的靜壓影響，引起巷道持續(xù)變形破壞，極易發(fā)生二次破斷，對巷道造成劇烈的動壓影響，造成巷道變形破壞進(jìn)一步增大。

3 無煤柱開采關(guān)鍵技術(shù)

在對巷道進(jìn)行回采前，采用切頂補(bǔ)強(qiáng)預(yù)裂切縫技術(shù)[3]，切斷巷道上方基本頂和巖層的聯(lián)系，在巷道頂板處形成短臂梁結(jié)構(gòu)，通過一定的補(bǔ)強(qiáng)措施對頂板進(jìn)行支護(hù)，以此提高頂板的穩(wěn)定性。回采前切頂補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)如圖2。

圖2 回采前切頂補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)

在對巷道進(jìn)行回采后，采用擋矸臨時支護(hù)技術(shù)[4]，使頂板垮落的方向與切縫方向一致，在擋矸一側(cè)形成巷幫，與臨時支護(hù)相互配合，示意圖如圖3，最后撤回臨時支護(hù)，實(shí)現(xiàn)沿空留巷。

圖3 回采后擋矸臨時支護(hù)

3.1 超前預(yù)裂切縫

采用超前預(yù)裂切縫技術(shù)，切斷巷道上方基本頂和巖層的聯(lián)系，在巷道內(nèi)產(chǎn)生一條裂縫，使巷道頂板形成短臂梁結(jié)構(gòu)，以降低因采空區(qū)側(cè)頂板斷裂或垮落對巷道造成的影響，便于在采空區(qū)側(cè)頂板形成巷幫。

首先進(jìn)行預(yù)裂爆破鉆孔施工，對鉆孔進(jìn)行裝藥、封孔以及連線，最后對鉆孔實(shí)施預(yù)裂爆破。通常在工作面通風(fēng)系統(tǒng)形成之后進(jìn)行，至少超前工作面100 m，避開工作面超前壓力的影響。

3.2 頂板補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)

對頂板使用超前預(yù)裂切縫技術(shù)后，在爆破應(yīng)力作用下，對原有的支護(hù)結(jié)構(gòu)造成很大影響，嚴(yán)重的會使原有支護(hù)結(jié)構(gòu)失效，巷道頂板嚴(yán)重下沉。因此，要加固原有的支護(hù)結(jié)構(gòu)，對頂板進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。

首先檢驗原有的支護(hù)是否失效，對不合格錨桿、錨索進(jìn)行補(bǔ)打，然后施工頂板補(bǔ)強(qiáng)錨索，最后架設(shè)頂板補(bǔ)強(qiáng)抬棚。頂板補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)緊跟超前預(yù)裂切縫，在預(yù)裂爆破后進(jìn)行施工。

3.3 巷旁擋矸防護(hù)

在生產(chǎn)過程中，由于頂板會受到地下壓力周期性來襲，頂板垮斷力會作用到工作面，從而使采空區(qū)出現(xiàn)煤矸石不斷垮落在巷道內(nèi)的情況，這會使得巷道的斷面減小，影響到正常的開采作業(yè)。因此，需要對采空區(qū)巷道進(jìn)行防煤矸石掉落的支護(hù)，將擋矸石的設(shè)備安裝在支護(hù)區(qū)緊挨工作面端頭的過渡支架處，防止煤矸石掉落對工作面的影響。

首先要掛設(shè)擋矸防護(hù)網(wǎng)，并架設(shè)擋矸柱，然后對矸石與擋矸防護(hù)網(wǎng)接觸不充分的區(qū)域進(jìn)行背幫，緊跟工作面端頭過渡支架進(jìn)行施工。

3.4 滯后臨時支護(hù)

在開采動壓影響下，工作面出現(xiàn)周期來壓，在沿空留巷滯后臨時支護(hù)區(qū)，會出現(xiàn)巷道頂板下沉和底鼓等現(xiàn)象，要及時對巷道頂板進(jìn)行支護(hù)，從而減小頂板的下沉量。

為了預(yù)防煤矸石掉落對設(shè)備的影響，將臨時支護(hù)設(shè)備安裝在臨時支護(hù)區(qū)和端頭支護(hù)區(qū)的過渡處，減小頂板的下沉量，同時減少壓力來襲時煤矸石掉落對巷道的影響。

4 應(yīng)用效果

為了驗證沿空留巷無煤柱開采技術(shù)在8714 工作面的使用效果，在工作面向前推進(jìn)215 m 時，監(jiān)測巷道圍巖的變形量，監(jiān)測結(jié)果如圖4。

圖4 沿空留巷圍巖移近量

從圖4 可以看出，在沿空留巷215 m 范圍內(nèi)進(jìn)行監(jiān)測，巷道的移近量呈增大趨勢。其中，頂?shù)装宓淖畲笠平吭?65 mm 左右，兩幫的最大移近量在460 mm 左右，但變形量均在允許的范圍內(nèi)，巷道的整體穩(wěn)定性也有保障，滿足下一采面開采的要求。8714 工作面使用沿空留巷無煤柱開采后的現(xiàn)場留巷如圖5。