綜采面切頂沿空留巷采空區幫控制技術研究

魏振宇

（晉能控股煤業集團塔山煤礦，山西 大同 037001）

1 工程概況

晉能控股煤業集團塔山煤礦2#層8305 工作面平均埋深為487.3 m，綜采一次采全高采煤方法，煤層平均厚度為3.5 m，煤層平均傾角為2°～4°，普氏硬度f=2.7～3.7，煤層含1～2 層夾矸，夾矸平均厚度0.49 m。直接頂為9.5 m 黑灰色粉砂質泥巖，基本頂為11.3 m 淺灰～灰色細粒砂巖，直接底為0.57 m 的黑色炭質泥巖，基本底為3.3 m 的灰色中細粒砂巖。

為了緩解采掘接替緊張的問題，對塔山煤礦8305 工作面采用切頂卸壓沿空留巷技術[1-6]，通過砌筑人工護巷墻將8305 工作面運輸巷保留，作為8306 工作面的回風巷進行使用，實現“一進兩回”、“Y”型通風方式。8305 綜放工作面布置情況如圖1。

2 采空幫控制技術方案

在8305 工作面沿空留巷過程中，必須采取有效的控制技術控制采空幫的穩定性，這也是關系沿空留巷技術能否成功的關鍵。基于8305 工作面運輸巷沿空留巷現場實際，提出了超前預裂切縫、巷道補強支護、采空幫擋矸支護和滯后臨時支護的采空幫綜合控制技術。

2.1 超前預裂切縫

超前預裂切縫是在8305 運輸巷留巷處位置超前打孔、超前爆破，切斷留巷與采空區頂板的聯系，減小采空區對留巷的影響。

2.1.1 爆破鉆孔參數

沿8305 運輸巷頂板，距回采幫300 mm 布置一排炮眼，炮眼間距800 mm，鉆孔直徑45 mm，鉆孔開孔方向與煤壁夾角12°、傾角60°。預裂切縫鉆孔深度H可由公式（1）進行計算：

式中：H為預裂切縫鉆孔深度，m；H0為切頂高度，取12.3 m；α為鉆孔傾角，取60°；β為煤層傾角，取12°；c為切縫鉆孔穿透基本頂長度，取0.1 m。計算H=14.62 m，因此可以取15 m。

2.1.2 裝藥及封孔結構

鉆孔長度為15 m，炮眼內裝藥段為10 m，炸藥選用煤礦許用三級乳化炸藥，每孔炸藥20 卷，裝藥段分為三個部分分別裝藥。爆破鉆孔裝藥及封孔結構如圖2。采用PVC 半管裝藥送入鉆孔，PVC半管內徑32 mm，外徑36 mm；裝藥段自上而下分別為炸藥8 卷1.6 m，空氣柱2.7 m，炸藥7 卷1.4 m，空氣柱3.3 m，炸藥5 卷1.0 m，炸藥部分配2 發電雷管起爆；封孔段長度5 m，依次為2 支0.5 m 的水炮泥和4.5 m 的炮泥；裝藥結構：采用正向裝藥；聯線方式：孔內并聯、孔間串聯。

圖2 爆破鉆孔裝藥及封孔結構示意圖

2.2 巷道補強支護

在爆破后，為確保沿空留巷支護強度，要求對巷道進行補強支護。切頂前先對頂板采用錨索補強支護。錨索規格Φ18.9 mm×7500 mm 鋼絞線，排距為800 mm，每排布置3 根，左右錨索距端頭550 mm，右幫錨索向回采幫偏轉10°，采用2600 mm×280 mm×4 mm 的W 鋼帶連接。錨索托盤采用300 mm×300 mm×16 mm 高強度可調心托板及配套鎖具。錨固劑采用1 支MSCK2360 型樹脂型錨固劑和3 支MSZ2360 型樹脂型錨固劑。

實體煤幫采用“錨索梁”補強支護。錨索規格Φ18.9 mm×4300 mm 鋼絞線，排距800 mm，每排布置2 根。錨索托盤采用300 mm×300 mm×16 mm高強度可調心托板及配套鎖具。錨固劑采用1 支MSCK2360 型樹脂型錨固劑和3 支MSZ2360 型樹脂型錨固劑。

2.3 采空幫擋矸支護

在支架后對采空幫進行擋矸支護，滯后支架不超過0.5 m。擋矸支護方案為“雙塑料網+鋼筋網+工字鋼+錨索”，如圖3。

圖3 巷道擋矸支護示意圖

擋矸支護布置1 層鐵絲網+1 層鋼筋網的雙層網，里層采用柔性菱形鐵絲網，外層為Φ6 mm 的鋼筋網，兩者搭接長度大于100 mm，網片緊貼巖面，成型規整。選用2 段11#型工字鋼進行擋矸，卡纜采用Φ20 mm 等強錨桿制成。錨索規格Φ18.9 mm×4300 mm 鋼絞線，俯角45°，錨固長度1.5 m，每1.6 m 布置1 根錨索，采用2.0 m 長工字鋼作為托盤。

2.4 滯后臨時支護

滯后臨時支護采用π 型梁配合單體柱做為臨時抬棚支撐頂板，沿巷道方向平行支設抬棚，在距離工作面10 m 范圍內保證一梁五柱，π 型梁長為4 m，抬棚間距500 mm；單體柱下墊雙排傾向工字鋼底梁，第1、2、3、4、5 根單體柱靠近采空區側的距離分別為300 mm、600 mm、1500 mm、2500 mm、3800 mm。

3 采空幫控制效果分析

為掌握8305 工作面沿空留巷技術實施后運輸巷在留巷后巷道圍巖變形破壞情況及采空幫控制情況，在留巷巷道內布置了觀測點。巷道觀測結果表明：隨著工作面的推進，留巷巷道圍巖變形量呈現先增大后穩定的趨勢。工作面后方0～80 m 為動壓影響區，此時實體煤幫最大移近量為265 mm，采空區幫最大移近量為205 mm，頂板最大移近量為214 mm，底板最大移近量為153 mm；在距離工作面80 m 處，圍巖變形量基本趨于穩定，巷道表面位移較小，頂板控制效果較好，完全可以滿足煤礦生產的安全要求。

4 結論

對塔山煤礦8305 綜采工作面留巷采空幫控制技術進行了實踐應用研究，從超前預裂切縫、巷道補強支護、采空幫擋矸支護和滯后臨時支護四個方面進行了方案設計及應用研究，巷道變形量控制在265 mm 以內，效果顯著，滿足安全生產要求。