工作面軌道順槽切頂卸壓沿空留巷支護技術的應用

黃振興

（永煤集團股份有限公司順和煤礦，河南 永城 476600）

1 工程概況

1.1 工作面概況

2108工作面位于21采區上部西翼，工作面北側2108膠帶順槽（下順槽）沿FS23斷層保護煤柱布置，南臨2110工作面（未掘），2108工作面平均煤厚2.43 m，可采儲量為44.5萬t。2108工作面軌道順槽（上巷）為沿空留巷巷道，順槽通過2108軌道順槽車場、2108軌道順槽回風聯巷分別與21采區運輸上山、21采區回風上山（上段）相連，沿二2煤層頂板掘進，順槽標高-420～-450 m，地面標高+36.8，埋深456.8～486.8 m，預計揭露煤層厚度2.63～0.8 m，掘進方向煤層坡度-4°～+2°，迎面墻左右約8～10°，左高右低，2108工作面回采側為該巷道低幫側。2108工作面軌道順槽設計長度774.8m，軌道順槽通尺706.5 m處布置2110工作面切眼，留巷范圍為通尺16～706.5 m，留巷長度690.5 m，軌道順槽設計為矩形斷面4.6 m×2.7 m。煤層埋深較淺且南側為礦井二2煤層露頭及風氧化帶，工作面位于陳四樓始突標高-492.5 m以淺區域。目前，該區域瓦斯含量基本處于3 m3/t以下，瓦斯壓力普遍為0 MPa，為防止局部煤層瓦斯賦存異常，施工期間仍需加強瓦斯防治。

1.2 巷道支護設計

軌道順槽為沿空留巷巷道，具體支護設計如下：

1）頂板：采用“Φ22 mm×2.4 m高強錨桿（HRB500）+M5型鋼帶+錨索梁+金屬網”支護，錨桿間排距為0.7 m×0.8 m；頂板加強支護采用錨索梁，掘進期間頂板加固布置2排間距1.2 m錨索梁，分別位于巷道中心線左側1.0 m、右側0.2 m位置，錨索梁采用16號槽鋼加工，梁長3 m，一梁三索，梁內錨索間距1.3m，梁端部距離0.8 m，錨索梁內兩端使用型號為Φ18.9 mm×7.3 m錨索，中間位置錨索型號為Φ21.6 mm×10 m。

2）幫部：左幫為非回采幫，采用“Φ22 mm×2.4 m高強錨桿（HRB500）+M5型鋼帶+點錨索+金屬網”支護，錨桿間排距為0.8 m×0.8 m，錨索規格Φ18.9 mm×5.3 m，距底板1.6 m（布置在煤層中間位置），間距1.6 m，配0.4 m×0.4 m鐵托盤，每根錨索配用2卷MSZ2350錨固劑；右幫（回采幫）錨桿間排距為0.8 m×0.8 m。

2 切頂卸壓沿空留巷支護技術的應用

采用切頂卸壓+恒阻大變形錨索+36U型鋼棚支護的支護方案。通過對頂板實施預裂爆破實現切頂卸壓，有效阻斷頂板塌落時的應力傳遞，實現對回采工作面的保護；恒阻大變形錨索用于補強加固頂板，控制頂板的穩固性，充分發揮巷道頂板的自身承載作用；采空區側配合使用36U型鋼棚+金屬網支護頂板、擋矸。

2.1 頂板預裂切縫設計方案

2.1.1 預裂切縫孔深

預裂切縫孔深H縫按照公式（1）確定。

式中：ΔH1為頂板下沉量，m；ΔH2為底臌量，m；K為碎脹系數，取值如下頁表1所示。

表1 幾種巖石的碎脹系數

根據工作面綜合柱狀圖巖性情況，2108軌道順槽頂板巖石主要為砂質泥巖、泥巖，局部中粒砂巖，砂質泥巖的碎脹系數K取1.22，中粒砂巖的碎脹系數K取1.4，在不考慮底臌、頂板下沉，僅考慮采高（2.43 m）的影響，計算出切縫深度為8.4 m，考慮到煤層頂板巖層條件和成縫率，結合本部礦井施工經驗，預裂切縫孔深度設計為8.5 m。

為準確掌握巷道頂板巖性情況，在巷道掘進施工頂板錨索、離層儀期間，加強對頂板巖性的收集工作，進而為頂板切縫孔深度設計提供準確數據，結合巷道不同位置頂板巖性情況，施工相應深度的切縫孔。

2.1.2 雙向聚能爆破預裂技術設計

雙向聚能爆破技術利用兩個炮孔內裝填聚能裝置裝藥，具有炸藥單耗低、操作簡單、預裂成面效果好等優勢，在降低炸藥單耗的同時，有效降低爆破振動的危害效應，減小對周邊圍巖的爆破破壞。按照預裂切縫孔的規格（孔徑43 mm、孔間距0.6 m、孔深8.5 m）確定雙向聚能爆破裝藥參數如表2所示。采用煤礦許用炸藥（Φ35 mm×200 mm），聚能管管長2.0 m/根、單孔放置4個聚能管，單孔裝藥量試驗確定、一般裝藥長度為2.0 m。

表2 爆破預裂切縫試驗方案參數

2.2 恒阻大變形錨索設計方案

恒阻大變形錨索直徑為21.6 mm，長度10.0 m，恒阻器長0.5 m，外徑73 mm，設計最大允許變形量0.35 m，恒阻值為33 t±2 t，托盤150 mm×150 mm。沿巷道走向布置2排間距為0.5 m的恒阻大變形錨索，煤壁側使用18#槽鋼作為托梁，采用一梁三索布置方式，間距0.8 m，當頂板凸凹不平，當錨索梁不能整體貼實頂板時，可改用“一梁兩索”的方式布置；遠離煤壁側采用點錨索布置方式，排距1.6 m，配200 mm×200 mm×20 mm+400 mm×400 mm×20 mm鐵托盤，錨索預緊力不小于28 t。在斷層影響段，縮小錨索間排距，加密支護。

2.3 擋矸支護設計方案

靠近切縫側使用單體支柱配合36U型鋼進行擋矸支護，每架36U型鋼使用2節，搭接長度不低于0.5 m，每節配3個卡纜。單體支柱和36U型鋼間距為0.6 m；36U型鋼上部打設在π型梁最外端與煤壁之間，利用π型梁抵住36U型鋼上部焊接的托盤。單體柱柱頭打設π型梁最外端，單體柱柱根緊靠36U型鋼打在工36U型鋼下部焊接的鐵板上，并用適合長度的千斤頂頂緊36U型鋼上半部使其緊貼頂板。

緊貼菱形金屬網掛設規格2.0 m×1.0 m（網孔70 mm×70 mm）的金屬網。上排金屬網頂至頂板，并用鐵絲連接至菱形網和巷道頂板金屬網，下排金屬網頂部與上排金屬網壓茬連接，底部與底板鋪設的菱形網連接，為提高擋矸效果，可在36U型鋼與金屬網間背半圓木。

3 巷道臨時支護措施

3.1 超前支護區

超前支護區：主要應用于工作面超前采動影響區，該區域巷道頂板收到采煤影響出現壓力增大現象，需要采取超前加強支護措施。使用“單體柱+π型梁”一梁四柱支護，棚距0.8 m。超前支護范圍及支護密度根據實際情況調整。

3.2 架后臨時支護區（架后0～100 m）

架后臨時支護區（架后0～100 m）：架后0～50 m采用“單體柱+超前液壓支架”進行支護，巷道斷面共設計間距為0.8 m的2排單體柱，2排超前液壓支架加強支護；架后50～100 m采用一梁四柱支護方式，布置排距0.8 m的“單體柱+π型梁”，靠近切縫側使用單體柱配合36U型鋼+金屬網、菱形網進行擋矸支護，排距0.6 m。

3.3 成巷穩定區（架后100 m之后）

該段區域根據頂底板及兩幫收斂、巷道壓力顯現情況，改用一梁三柱，棚距0.8 m，架后300 m對“單體柱+π型梁支護”進行回撤，保留36U型鋼支護頂板、擋矸。

4 結論

順和煤礦2108工作面軌道順槽設計應用了切頂卸壓沿空留巷支護技術，主要采取了預裂爆破切頂卸壓、恒阻大變形錨索加強支護、36U型鋼棚擋矸措施，結合巷道臨時支護措施。礦壓監測結果表明該技術能夠有效避免巷道頂板塌落風險，有效改善頂板安全性。