三軟極不穩定煤層孤島工作面切頂卸壓沿空留巷“三強”技術研究

摘要：義煤公司東部礦井普遍面臨地質條件復雜，瓦斯治理工作難度大，水害嚴重，嚴重制約礦井安全高效發展，尤其是新義礦業屬“三軟”極不穩定煤層，礦界內村莊較多，初期工作面跳采，導致目前布置的工作面多為孤島工作面，壓力顯現明顯，支護困難，兩巷巷修工程量大，受限員管理規定影響，工作面回采難度大，礦井經營一度困難陷入破產關閉的邊緣。為有效解決制約企業發展的瓶頸問題，近兩年在公司和上級部門領導下，通過走出去交流學習，結合礦井實際條件，通過強支護、強切頂、強卸壓三方面的深入探索研究，在三軟極不穩定煤層孤島工作面切頂卸壓沿空留巷技術研究方面取得突破性進展，礦井逐步走出困境實現扭虧。

關鍵詞：三強;三軟;極不穩定;切頂卸壓;強支護;強切頂;強卸壓

傳統工作面布置及開采方式存在“巷道掘進工程量大、掘進及維護成本高、護巷煤柱資源浪費”等諸多問題，此外工作面接替無法順采，跳采形成孤島，違反防突有關規定，造成后期瓦斯治理及礦壓控制極為困難。沿空留巷是“降低成本投入、提高資源回收、緩解接替緊張、實現高效開采”的有效手段。但傳統留巷技術存在較多問題，其工藝復雜、施工繁瑣、成本高，影響工作面推進度，且砌墻或充填體均為剛性材料，不具備大變形特性，受力較為集中，易被壓垮，造成沿空巷道失穩。義煤公司新義礦業結合礦井實際，探索國內外研究現狀及工程應用情況，在11090工作面成功應用切頂卸壓留巷技術。

1.留巷方案

切頂留巷自11090膠帶順槽700m處開始，工藝流程主要以“補、切、護”為核心，具體為：巷道超前區補強加固→超前預裂切縫（切頂眼打設→預裂爆破切頂）→工作面端頭管理→滯后臨時支護區支護（非煤墻側幫部補強加固、采空區側擋矸防護）→沿空留巷支護與端頭支護聯合布置→完成沿空留巷。

2.切頂留巷技術要點

通過切頂沿空留巷實踐研究，發現留巷成功與否的關鍵在于“三強”（強支護、強切頂、強卸壓）關鍵技術的落實。

2.1 強支護（巷道超前補強方案）

為保證切頂過程和周期來壓期間巷道的穩定性，在對巷道頂板進行預裂切頂前采用錨索進行超前補強支護。頂板錨索由原來的每排3根加密至5根、間排距由原來的1.6m×2m縮小至0.8m×1m，其中沿空側錨索距巷幫500mm，頂板錨索采用φ18.9×7500mm、φ18.9×10000mm及φ22mm×6300mm注漿錨索三種規格;同時在實體煤幫每排增加2根錨索、間排距1.4m×0.8m，錨索規格φ18.9×4300mm;預緊力不小于200KN。

2.2 ?強切頂（超前切頂爆破方案）

結合地質資料和鉆探、窺視成像情況，確定切頂孔深度15m（切入老頂），切縫線與鉛垂線夾角10°、距采空區側煤壁平均0.2m（中線偏右2.2m），鉆孔直徑45mm，間距0.6m。根據切頂卸壓自動成巷工程經驗，確定每孔裝藥15節，采用pvc半管裝藥，封孔長度5m，一次起爆眼數8～16個深孔，8～16個淺孔，超前工作面不少于50m。

3.強卸壓（沿空留巷巷幫支護方案）

3.1 工作面端頭管理

為保護頂板支護錨索不被破壞，將端頭1#排頭架向工作面切眼內挪移，工作面1#排頭架與頂板最邊緣一排錨桿向外間距不大于0.2m。工作面排頭架1-2架支架頂部上網（菱形網），防止采空區頂板矸石垮落，竄入巷道。回采到停采線前720m開始上網，不設專職人員，轉載機司機和溜子司機配合。為防止采空區頂板矸石垮落，竄入巷道，增加安裝擋矸柱時施工安全系數，在1#、2#排頭架安裝自主加工臨時防護裝置控制頂板。

3.2 采空區擋矸防護

擋矸支護緊貼支架后方施工，滯后支架不超過0.5m。工作面后方沿空留巷巷幫擋矸防護采用“金屬菱形網+擋風布+背木+可伸縮U型鋼點柱+連接板”方式。留巷效果主要取決于擋矸防護措施是否有效，為保證擋矸防護效果，在相鄰兩根擋矸柱之間增加連扳進行連鎖，擋矸柱與頂板之間采用廢舊錨桿進行固定，增加擋矸柱的穩定性。

3.3 留巷段加強支護

架后0-200m留巷段動壓影響范圍需進行加強支護，采空區側距幫1m打設1排液壓抬棚，實體煤側距幫1m打設1排“單體柱+π型梁”抬棚，初撐力不低于24Mpa。

3.4 穩定區減少支護

架后200m之后區域的頂板活動基本趨于穩定，通過礦壓觀測數據，依次減少抬棚數量，確保沿空留巷在下一個工作面開采前的穩定。

4.效益分析

（1）采用切頂留巷，縮短了工作面形成時間，工作面提前投產3—4個月，有效緩解了接替緊張問題。

（2）采用切頂留巷，不存在煤巷掘進實施區域防突措施問題，采空區積水可直接滲流到留巷內疏排，消除了掘進期間突出、瓦斯超限、透水等重大風險。

（3）采用切頂留巷，工作面可少掘1條煤巷，每米節約掘進成本9200元（留巷成本3100元/米），不再留設沿空掘進護巷煤柱，每米多回收原煤20噸（8000元以上）。綜合兩項，每米巷道直接效益14100元，全部工程直接效益1029萬元。

參考文獻

[1]汪理全，徐金海等.礦業工程概論[M].徐州：中國礦業大學出版社，2004.

[2]康紅普，王金華.煤巷錨桿支護理論與成套技術[M].北京：北京煤炭工業出版社，2007.

[3]錢鳴高，石平武，許家林.礦山壓力與巖層控制[M].徐州：中國礦業大學出版社，2010.

作者簡介：楊楠（1987—），男，河南省義馬市人，2009年畢業于中國礦業大學，土木工程專業，現在河南大有能源股份有限公司生產技術處從事采掘技術管理工作。