大斗溝煤業(yè)切頂卸壓自成巷開(kāi)采技術(shù)實(shí)踐

張 君

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)大斗溝煤業(yè)公司，山西 大同 037000）

無(wú)煤柱、小煤柱[1-2]開(kāi)采是今年各大煤炭企業(yè)的重要研究課題之一，其不僅可以提高煤炭資源回收率，實(shí)現(xiàn)煤礦企業(yè)綠色、可持續(xù)發(fā)展，同時(shí)可以降低采掘比，有利于實(shí)現(xiàn)礦井安全高效開(kāi)采。本文基于大斗溝煤業(yè)8304 工作面地質(zhì)條件，對(duì)切頂卸壓自動(dòng)成巷技術(shù)[3-4]進(jìn)行了實(shí)踐。

1 工程概況

大斗溝煤業(yè)8304 工作面切眼長(zhǎng)126.7 m，推進(jìn)長(zhǎng)度670 m，開(kāi)采山2 號(hào)煤，煤層平均厚度3.1 m，平均傾角3°，煤層起伏變化不大。煤層直接頂為泥巖，厚3.6 m；基本頂為細(xì)砂巖，厚6.5 m。8304工作面采用Y 型通風(fēng)方式，2304 巷為工作面皮帶及進(jìn)風(fēng)順槽，5304 巷為工作面輔運(yùn)及進(jìn)風(fēng)順槽，巷寬均為5.2 m，巷高均為3.6 m，留巷巷道為工作面回風(fēng)巷。該工作面地質(zhì)條件簡(jiǎn)單，根據(jù)礦井三維地質(zhì)資料顯示，工作面內(nèi)無(wú)斷層或陷落柱等地質(zhì)構(gòu)造，工作面無(wú)突水危險(xiǎn)。

2 切頂卸壓自成巷方案

2.1 預(yù)裂切縫設(shè)計(jì)

在8304 工作面切眼和5304 巷內(nèi)布置預(yù)裂切縫鉆孔，進(jìn)行爆破切頂，預(yù)裂切縫孔深度采用預(yù)裂切縫深度臨界計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，公式如下：

式中：ΔH1為頂板下沉量，m；ΔH2為底鼓量，m；K為碎脹系數(shù)，1.3～1.5。

根據(jù)工作面巷道頂板巖層情況，確定巖石綜合碎脹系數(shù)為1.41，工作面采高3.1 m，忽略底鼓及頂板下沉，計(jì)算可得垂直切縫深度為7.5 m。

在8304 工作面進(jìn)行預(yù)裂切縫孔施工前，首先在巷道內(nèi)每隔50 m 施工一個(gè)頂板巖層探測(cè)鉆孔，根據(jù)探測(cè)巷道頂板巖性情況，將8304 工作面劃分為4 個(gè)區(qū)域（如圖1），采用不同的預(yù)裂切縫鉆孔布置參數(shù)，具體如下：

圖1 預(yù)裂切縫孔分區(qū)示意圖

（1）Ⅰ區(qū)為8304 工作面切巷。長(zhǎng)126.7 m，預(yù)裂切縫孔深11 m，開(kāi)孔位置在巷道頂板距工作面?zhèn)认飵?.2 m，鉆孔垂直于巷道頂板進(jìn)行施工。

（2）Ⅱ區(qū)為5304 巷采位0～150 m。預(yù)裂切縫孔深11 m，開(kāi)孔位置在巷道頂板距工作面?zhèn)认飵?.2 m，鉆孔垂直于巷道頂板，向工作面?zhèn)韧馄?5°施工。

（3）Ⅲ區(qū)為5304 巷采位150～200 m。預(yù)裂切縫孔深8 m，開(kāi)孔位置在巷道頂板距工作面?zhèn)认飵?.2 m，鉆孔垂直于巷道頂板，向工作面?zhèn)韧馄?5°施工。

（4）Ⅳ區(qū)為5304 巷采位200～670 m。預(yù)裂切縫孔深8.5 m，鉆孔垂直于巷道頂板，向工作面?zhèn)韧馄?5°施工。其中200～429 m 切縫孔開(kāi)孔位置在巷道頂板距工作面?zhèn)认飵?.2 m，采位429～670 m開(kāi)孔位置在巷道頂板距工作面?zhèn)认飵?.075 m。

2.2 爆破參數(shù)

為保證預(yù)裂爆破[5-6]施工效果，對(duì)單孔、間隔和連續(xù)爆破方式分別進(jìn)行了試驗(yàn)，并根據(jù)上述劃分的不同區(qū)域頂板切縫角度和深度，確定采用不同的裝藥方式（見(jiàn)表1）。爆破使用藥卷直徑32 mm，長(zhǎng)200 mm，重150 g。

表1 不同分區(qū)鉆孔及裝藥結(jié)構(gòu)參數(shù)表

2.3 頂板錨索補(bǔ)強(qiáng)

切頂卸壓自動(dòng)成巷技術(shù)，需充分利用工作面礦山壓力作用，使采空區(qū)頂板充分垮落。為保障巷道在切頂期間、留巷受工作面采動(dòng)影響期間圍巖穩(wěn)定，需在巷道頂板原支護(hù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行錨索補(bǔ)強(qiáng)加固。錨索補(bǔ)強(qiáng)采用恒阻大變形錨索和普通高強(qiáng)錨索配合進(jìn)行。補(bǔ)強(qiáng)錨索布置形式為“3-1-3-1”，每排3 根錨索時(shí)，靠近工作面?zhèn)? 根為恒阻大變形錨索，第1 根距工作面?zhèn)认飵?.5 m 打設(shè)，錨索間距為1.6 m，兩排3 根錨索之間排距為3.0 m；在兩排3 根錨索之間靠近工作面?zhèn)却蛟O(shè)1 根恒阻大變形錨索，錨索距工作面?zhèn)认飵?.5 m，1 根錨索之間排距為3.0 m。由此，靠近工作面?zhèn)群阕璐笞冃五^索之間排距為1.5 m，為保持頂板完整，平行于巷道走向，采用2.1 m長(zhǎng)18（b）#槽鋼連接。恒阻大變形錨索長(zhǎng)度為9 m，直徑為21.8 mm，采用恒阻值為30±2 kN 的恒阻器，恒阻器長(zhǎng)500 mm，允許變形量350 mm，預(yù)緊力大于等于25 kN。

2.4 巷內(nèi)臨時(shí)支護(hù)

為保護(hù)留巷巷道圍巖穩(wěn)定，根據(jù)鄰近工作面礦壓觀測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合本工作面留巷前期礦壓觀測(cè)情況，綜合確定需對(duì)工作面前方40 m 至架后300 m 范圍進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。巷道內(nèi)加強(qiáng)支護(hù)采用單體液壓支柱進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，根據(jù)巷道圍巖變形情況，可劃分三個(gè)區(qū)域：（1）工作面前方40 m，采用“三梁三柱”的型式對(duì)頂板補(bǔ)強(qiáng)，支柱間距為1.85 m，排距為1 m；每個(gè)單體液壓支柱配合一根長(zhǎng)0.8 m 的π 型頂梁，頂梁垂直于巷道走向。（2）支架后300 m 范圍內(nèi)，采用“四梁五柱”對(duì)頂板補(bǔ)強(qiáng)，遠(yuǎn)離采空區(qū)側(cè)單體支柱距巷幫0.6 m，其余4 根支柱間距為1.25 m，排距為1 m；除靠近采空區(qū)側(cè)單體支護(hù)外，其余每根單體支柱配合一根長(zhǎng)0.8 m 的π 型頂梁，頂梁與巷道走向垂直。（3）支架后方300 m 以外為成巷穩(wěn)定區(qū)，對(duì)臨時(shí)單體支護(hù)進(jìn)行回撤。

2.5 巷旁擋矸支護(hù)

留巷巷道采空區(qū)側(cè)為冒落矸石，為保證巷道留設(shè)斷面尺寸同時(shí)防止矸石涌入巷道傷人，在架后采空區(qū)側(cè)打設(shè)擋矸支護(hù)。支架后300 m 范圍內(nèi)，擋矸支護(hù)為單體液壓支柱、11#工字鋼和鋼筋網(wǎng)相配合，單體液壓支柱和11#工字鋼均打設(shè)在留巷切頂線位置，采用間隔布置的形式。單體液壓支柱的間距和11#工字鋼的間距分別為0.5 m，鄰近兩者之間的間距為0.25 m，并在其內(nèi)側(cè)鋪設(shè)擋矸鋼筋網(wǎng)。成巷穩(wěn)定區(qū)內(nèi)，可回撤單體液壓支柱，僅留設(shè)11#工字鋼和鋼筋網(wǎng)作為巷旁支護(hù)。

3 試驗(yàn)效果

在8304 工作面回采期間，對(duì)留巷巷道內(nèi)支護(hù)體受力、圍巖變形量等進(jìn)行全過(guò)程觀測(cè)。通過(guò)觀測(cè)分析可知，爆破切頂卸壓后，工作面頂板集中應(yīng)力得到消除，巷道圍巖變形可控；留巷巷道內(nèi)除個(gè)別區(qū)域采空區(qū)側(cè)存在突出變形、工字鋼擋矸支護(hù)出現(xiàn)彎曲外，整體成巷效果良好，能夠滿足本工作面和下個(gè)工作面生產(chǎn)使用要求。切頂卸壓自成巷技術(shù)實(shí)現(xiàn)了一面一巷開(kāi)采，明顯提高了礦井的掘進(jìn)效率和資源回收率。

4 結(jié)語(yǔ)

預(yù)裂爆破切頂卸壓可以有效消除工作面頂板集中應(yīng)力，有利于維護(hù)留巷巷道穩(wěn)定，并利用工作面礦壓作用自動(dòng)成巷，已得到廣大采礦專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員的認(rèn)可。大斗溝煤業(yè)8304 工作面進(jìn)行了切頂卸壓自成巷技術(shù)實(shí)踐，留巷巷道圍巖穩(wěn)定，巷道整體成巷良好，能夠滿足前后兩個(gè)工作面的安全使用要求，同時(shí)提高了礦井開(kāi)采效率，為該技術(shù)在礦井的推廣應(yīng)用積累了經(jīng)驗(yàn)。