淺部中厚煤層綜采工作面切頂卸壓護巷實踐

王強

四川華鎣山龍灘煤電有限責任公司 四川廣安 638020

沿空護巷是無煤柱開采技術的一大分支，它是維護在工作面后方的采空區邊緣巷道。沿空護巷就是在工作面回采過程中，通過巷內加強支護、有效的巷旁支護等方法，將原巷道保留下來，作鄰近工作面的一條巷道使用，其目的是一條巷道可以得到兩次利用。沿空護巷可以提高資源回收率，極大緩解采掘接替緊張的狀況，它是煤礦無煤柱開采的重要技術發展方向，是煤礦開采及回采巷道布置技術的一項重大改革[1]。隨著開采強度增加，推進度加快，傳統砌筑混凝土墻沿空護巷方式耗費職工大量體力，不利于安全生產。龍灘煤礦開采的二疊系龍潭組一段K1煤層，煤層埋深較淺，龍灘礦井在淺部中厚煤層條件下，采用預裂爆破切頂卸壓進行綜采工作面沿空護巷，實踐結果表明，超前支護工作面護巷巷道，超前預裂爆破工作面采空區側頂板，工作面推進后采空區頂板直接垮落形成護巷墻體。通過沿空護巷采用先超前、后補強支護的手段，經過礦壓觀測，滯后工作面200m外，巷道頂板下沉量及兩幫移近量變化減小，逐漸趨于穩定，護巷效果明顯[2]。成功實施中厚煤層綜采工作面切頂卸壓沿空留巷試驗，對具有類似地質條件的煤層實施沿空留巷提供借鑒意義。

1 工程概況

1.1 工作面參數及頂底板情況

3124北工作面位于龍王洞背斜軸部寬緩區域、龍灘礦井3116南工作面以南，開采二疊系龍潭組一段K1煤層，工作面煤層總厚0.35～2.90m，平均2.12m。位于二疊系下統龍潭組一段K1煤層中；基本頂為中厚層狀粉晶灰巖（f=10～12），厚度4.95-7.4m；直接頂為砂質泥巖及薄層砂巖，f=2～6，厚度4.6-6.5m；偽頂巖性為碳質泥巖，f=4～6，厚度0.4-1.2m。其平均瓦斯含量7.05m3/t～11.56m3/t，煤層爆炸指數9.55%，K1煤層具有煤與瓦斯突出危險性。采面采用走向長壁后退式回采工藝，采空區處理采用全部垮落法。

1.2 工作面巷道支護參數

工作面機巷凈寬4.3m，凈高2.6m，兩幫垂直于底板（水平面），S凈=11.18m2，巷道開挖斷面為寬4.5m，高2.7m，S掘=12.15m2。因巷道布置在K1煤層中，故沿走向布置，煤層傾角0°～2°。巷道頂板選用直徑為Φ20mm，長度為2.2m的金屬樹脂錨桿，間排距均為800mm×800mm；采用碟狀托盤壓緊金屬網，螺母為防松螺母。幫錨選用選用直徑為Φ16mm，長度為1.8m的金屬漲殼式可回收錨桿。加強錨索選用直徑為Φ15.24mm鋼絞線錨索加強護頂，錨索為單排布置，排距為3.2m。護頂輔助材料選用直徑不小于10mm鋼筋自制的鋼筋梯將頂錨桿聯成一體，并鋪網孔50mm×50mm的菱形金屬網護頂[3]。

1.3 工作面生產組織

工作面生產組織采用“三八制”作業，每天中、夜班生產，早班檢修，同時沿空護巷人員進行工作面超前支護和后方護巷施工及噴漿工作。

2 工作面切頂卸壓護巷工藝

2.1 工作面切頂卸壓護巷方案

2.1.1 工作面超前支護

在3124北上順超前20m范圍支護采用“一梁兩柱”棚式（單體液壓支柱+11#工字鋼），沿巷道走向按排距800mm布置，并在超前段巷道西側沿巷道傾向（采用鋼筋梯+錨索的方式）按800-1000mm距離布置一排加強支護。提前在巷旁0.5m處采用密集支柱同時在采空區距下幫1m處向頂板爆破切頂，采空區頂板切落形成墻體后進行掛網噴漿和加強支護工作。

2.1.2 工作面補強支護

滯后支護區巷內支護采用“一梁兩柱”棚式鋼梁（單體液壓支柱+11#工字鋼）支護進行加強護頂，加強護頂范圍為當班砌墻起點起至以南20m，其支護距離緊隨綜采支架推移方向循環邁步進行。棚式鋼梁采用11#工字鋼加工制作，長3.8m，支柱采用DW35-250/100X單體液壓支柱，棚式鋼梁緊靠錨梁槽鋼北側沿巷道傾向居中布置，排距800mm，鋼梁支護過程中棚式支架若與錨梁（錨索）重合，棚式支架間距可適當進行調整，但調整最大排距不得超過1000mm[4]。

2.2 工作面預裂爆破孔設計

（1）施工地點及長度：施工深孔預裂眼孔為上順槽西側按間距500mm布置一排炮眼，眼孔直徑不得小于45mm。眼孔角度略向工作面傾斜15～20°夾角。聚能管眼孔沿工作面走向方向布置，施工時保證眼孔質量，應平直齊，成一條直線。

（2）根據目前礦使用的直徑Φ32mm×300mm/卷的三級煤礦許用炸藥，選用聚能管內徑為Ф35mm、外徑為Ф40mm，炮孔直徑為50mm。采用毫秒延期電雷管。聚能管在加工鉆孔眼時，施工一排密集眼孔，眼孔Ф4mm，眼孔間距3-5mm。

（3）為保證周邊平整度、半邊孔痕率及有效保護支架上方頂板，還應保證炮孔利用率，藥量確定為小于1kg/孔[5]。

（4）預裂爆破孔施工方法。預裂爆破孔工器具：切頂鉆機、Ф50mm鉆頭、PVC管（內徑為Ф35mm外徑為Ф40mm）。單孔預裂切縫效果圖和頂板沿預裂縫切落效果圖分別如圖1和圖2。

圖1 單孔預裂切縫效果圖

圖2 頂板沿預裂縫切落效果圖

2.3 沿空護巷礦壓監測

2.3.1 測站布置與觀測方法

在3124北上順切頂護巷段前方50m開始共布設三個測區，測區布置如圖所示。其中工作面前方布置I測區距離已采工作面800m，II區距離I測區50m，III測區距離II測區50m；每個測區分別安設2個觀測站，觀測站之間的距離2m。

2.3.2 觀測計劃

（1）巷道相對位移量測試。兩幫及頂底板位移側點在各測區埋設后，距開采工作面0～10m范圍內，每天觀測兩次；11～20m范圍內每天觀測1次，21～50m范圍內，每3天觀測一次；50m以外每周觀測一次。

（2）頂板離層及兩幫深處位移觀測?；夭善陂g（作為機巷使用時）的觀測時間：距回采工作面0～10m范圍內，每天觀測兩次；11～20m范圍內每天觀測1次，21～50m范圍內，每3天觀測一次；50m以外每周觀測一次。

2.3.3 巷道收斂變形總體分析

2019年10月18日～20日，3124N上順槽強制放頂階段，頂板下沉變化較為明顯，其下沉變化量為6mm，兩幫移近量為4mm；2019年10月21日～26日，采空區整體垮落階段頂板下沉變化量為9mm，兩幫移近量為10mm；2019年10月下旬至11月上旬，測站1隨3124N工作面回采推進頂板下沉量及兩幫移近量逐漸增大，尤其是2019年10月29日-11月7日，頂板下沉量及兩幫移近量變化比較明顯，其板下沉量為8mm，兩幫移近量為11mm[6]。

3 實施效果

龍灘礦井3124北上順頂板超前采用錨網索作為巷道的基本支護形式，在3124北上順里程K0+50m段至K0+600m段進行切頂卸壓沿空護巷試驗，超前施工預裂爆破孔進行預裂爆破，工作面采空區頂板經預裂爆破切落形成墻體，并及時噴漿和加強支護，成功護巷長度550m，巷道平均高度2.6m。護巷后巷道圍巖基本保持了完整，實踐效果表明，采用預裂爆破切頂卸壓護巷，巷道頂板未發生離層來壓等現象，達到了預期的護巷要求。3124北上順切頂卸壓護巷墻體噴砼后整體效果圖如圖3所示。

圖3 切頂卸壓護巷墻體噴砼后整體效果圖

4 結語

通過沿空護巷采用先超前、后補強支護的手段，經過礦壓觀測，滯后工作面200m外，巷道頂板下沉量及兩幫移近量變化減小，逐漸趨于穩定，護巷效果明顯[7]。

采用預裂爆破切頂卸壓進行綜采工作面沿空護巷，解決了傳統砌筑混凝土墻進行沿空護巷費時費力的問題，確保了頂板支護和作業人員安全，同時多回收了煤柱[8]。3124北工作面可多回收原煤（按預留4m煤柱，工作面走向長1400m，平均煤厚按2m計算，則預留煤柱原煤量=1400×4×1.45×2=1.62萬t），按龍灘礦井目前煤炭銷售平均煤價450元/t計算，直接經濟效益達到729萬元，該方式沿空護巷不僅為礦井生產接替節省了寶貴的時間，同時創造了可觀的經濟效益，對具有類似地質條件的煤層實施沿空留巷提供借鑒意義。