錦瑞礦8103 綜采工作面切頂卸壓沿空留巷技術研究

任建宇

（華晉焦煤有限責任公司錦瑞煤業， 山西 離石 033000）

長期以來回采巷道一般采用大煤柱護巷，采用此種方式雖然可降低煤炭開采難度，但是也存在煤炭資源回收率低、浪費嚴重等問題；同時當巷道受臨近回采工作面強烈動壓影響時，雖然預留有寬度介于15～30 m 煤柱，但是仍存在巷道圍巖變形量大、控制困難等問題[1-2]。在回采工作面間預留的區段煤柱會導致應力集中，從而給下部煤層開采帶來制約。沿空留巷具有提高煤炭采收率、緩解礦井采掘接替緊張局等優點，在礦井煤炭資源回采中應用逐漸廣泛，沿空留巷相對于傳統的煤柱護巷而言，在經濟性以及安全性等方面均有顯著優勢[4-7]。錦瑞礦開采的8 號煤層煤質優越，為提高煤層資源回收率并緩解礦井采掘接替緊張局面，提出在8 號煤層8102 運輸順槽使用切頂卸壓留巷技術。

1 工程概況

8103 回采工作面位于井田北部，北部為泰業煤業邊界線，南部為東翼回風大巷，西部為8101 綜采工作面，東部是礦界，工作面標高+750～+806 m，地面標高+954.7～+1 036.0 m。工作面設計走向長度為672 m，切眼長255 m，8 號煤層結構簡單- 較簡單，全區可采，厚度2.90～3.50 m，平均3.21 m，煤層傾角0°～8°，工作面所處采區總體結構簡單。

8103 工作面進風順槽毛斷面尺寸為5.2 m×3.2 m，采用錨網索支護，為提高采面煤炭開采效率進行切頂卸壓留巷，留巷長度580 m。工作面煤層及頂底板巖性特征情況如圖1 所示。

圖1 巖性特征

2 切頂卸壓留巷技術方案

2.1 切頂卸壓留巷段分區支護

綜采工作面前方超前應力影響下，會導致回采巷道圍巖變形加劇；在采面后方采空區頂板垮落過程中會導致留巷段圍巖變形增加。依據采面動壓、采空區頂板垮落以及巷道圍巖應力情況，切頂卸壓留巷段可分為超前切頂區、超前支護區、滯后臨時支護區以及切頂卸壓成巷穩定區，具體各區分布見圖2 所示。

圖2 切頂卸壓留巷段分區支護示意圖

超前切頂區主要用以恒阻錨索超前施工以及切頂卸壓，區間位于采面前方50 m 以外位置；超前支護區是采面超前支撐壓力顯現區域，范圍為采面前方0～50 m，此范圍采用單體、工字鋼組成邁步式抬棚進行支護；采面后方采空區頂板彎曲、垮落范圍為滯后臨時支護區，位于采面后方150～200 m，為確保圍巖穩定，采用檔桿支架以及單體支護等進行支護；滯后臨時支護區之外為成巷穩定區，此區間采空區頂板基本穩定，圍巖變形量不大，可回撤支護用的單體、僅保留擋矸防護即可。

2.2 恒阻大變形錨索加固

通過恒阻大變形錨索提升留巷段頂板支護強度，從而提高后續切頂卸壓安全性。8 號煤層頂板有L1灰巖、L2 灰巖，賦存穩定、堅硬，為此將恒阻錨索布置在L2 灰巖層上，考慮到后續需要切斷頂板灰巖應力傳遞路徑，為此恒阻錨索應超過L2 灰巖層1 m 以上，即將恒阻錨索長度設計為11.3 m、直徑21.8 mm。

在巷道內靠近采空區幫布置3 列恒阻大變形錨索，其中第一列與采空區幫相距1.2 m、錨索排距1.0 m，并用W 鋼帶將錨索相連接；第二列及第三列分別距采空區幫2.7 m、4.2 m，排距均為2.0 m。恒阻大變形錨索均使用300 mm×300 mm×16 mm 平托盤。

2.3 頂板精準定向預裂切縫方案

2.3.1 預裂切縫鉆孔布置

結合以往經驗，根據8103 工作面頂板巖層情況，在8103 進風順槽靠近采空區幫700 mm 位置施工切縫孔，鉆孔向采空區側有15°角。切縫鉆孔斜長（深度）10 m、鉆孔Φ52 mm。由于8 號煤層直接頂為L1灰巖硬度較大，根據以往沿空留巷經驗，確定炮孔間距500 mm 效果最佳。具體切頂卸壓留巷段恒阻錨索以及切縫鉆孔布置見圖3 所示。

圖3 8103 進風順槽恒阻錨索及切縫孔斷面圖

2.3.2 頂板精準定向預裂爆破方式及裝藥結構

1）爆破方式。預裂切頂鉆孔采用連續4 孔裝藥、中間間隔一孔不裝藥方式，現場同時爆破4 個鉆孔。通過鉆孔窺視儀觀測鄰近鉆孔間裂隙擴展情況，對后續爆破方式進行改進。

2）裝藥結構及工藝。鉆孔采用不耦合裝藥方式，具體使用D 型聚能管裝藥，聚能管規格為Φ33 mm×2 000 mm。預裂切頂鉆孔內單米鉆孔炸藥使用量為0.5 kg，單孔內裝入4.2 kg 炸藥，鉆孔使用炮泥封孔，長度為2.0 m，鉆孔內炸藥使用2 發雷管引爆。

2.4 架后支護

2.4.1 架后滯后臨時維護區（架后0～200 m）

采用4 根DW4.0 型單體柱+π 型鋼梁構成架棚對頂板補強加固，架棚排距1 000 mm，支護范圍為采面后方0～200 m。在具體留巷過程中應依據巷道圍巖變形情況合理確定滯后臨時維護區范圍，具體該范圍內支護布置見圖4 所示。

圖4 架后臨時支護平面圖（mm）

2.4.2 巷幫擋矸支護

擋矸防護由“擋矸鋼筋網（金屬網）+幫檔矸架”構成，檔矸架為RTD29-2500/01 伸縮式護幫支架，搭接長度、間距分別為1 000 mm、500 mm。移動采面端頭支架后，依次鋪設擋矸金屬網、布置檔矸架，金屬網、檔矸架均緊貼切縫邊緣布置并與液壓支架平行。具體巷道內檔桿支護布置見圖5 所示。

圖5 架后擋矸支護

3 留巷效果分析

8103 進風順槽切頂卸壓后，對留巷段間隔50 m布置測站，對巷道頂板變形量以及下沉速度等進行監測。具體在監測30 d 期間頂板下沉速度見表1 所示。

表1 頂板下沉監測結果

由表1 可知，8103 進風順槽切頂卸壓后，頂板下沉量隨時間增加逐漸降低巷道下沉量呈逐漸降低趨勢并在支護完成30 d 時趨于穩定，最終頂板下沉量穩定到298 mm。

4 結論

1）將切頂卸壓留巷技術應用到8103 進風順槽沿空留巷中，用恒阻錨索補強留巷段頂板、預裂切頂爆破切斷留巷段頂板應力傳遞路徑、使用擋板支架以及單體支柱對采面后方留巷段頂板以及巷幫進行控制。

2）現場應用后，留巷段頂板下沉量在30 d 內趨于穩定，最大變形量為298 mm，同時巷幫以及底板底收斂量較小，可滿足巷道后續使用需要。