店坪煤礦9-2052 巷切頂卸壓沿空留巷支護技術應用

趙永平

（山西焦煤霍州煤電店坪煤礦，山西 呂梁 033199）

切頂卸壓沿空留巷主要是通過切斷采空區上覆堅硬頂板，從而阻斷頂板內支承應力傳遞，同時巷道采用超前補強支護，實現留巷的穩定控制[1-5]。為提高煤炭回收率、降低開拓成本，店坪煤礦9-2052巷計劃采用切頂卸壓沿空留巷支護技術。

1 工程背景

9-2052 巷主要擔負著9-205 回采工作面的運輸、回風、行人等任務，同時留巷為9-203 工作面服務。9-2052 巷位于830 m 水平南翼，東與830 m 水平南翼軌道巷相通，西至井田邊界，南為實體煤，北與9-2072 巷相鄰。9-2052 巷揭露煤層厚度為2.6～3.2 m，均厚2.9 m，煤層、煤體結構較穩定，含有兩到三層夾矸，夾矸多為砂質泥巖，厚度為0.2～0.45 m，煤層傾角1°～5°，屬于近水平煤層。煤層頂板為砂巖，底板為砂質泥巖，頂底板巖層賦存特征見表1。根據9-2052 巷生產地質條件，為提高煤炭回收率、降低開拓成本，計劃采用切頂卸壓沿空留巷支護技術將9-2052 巷保留下來服務于9-203 工作面。9-2052巷掘進斷面為矩形，掘進寬度5.0 m，掘進高度3.1 m。

表1 頂底板巖層賦存特征

2 切頂卸壓沿空留巷支護技術

2.1 預應力錨索超前補強支護

（1）頂板補強支護。頂板采用規格Φ21.8 mm×14 200 mm 的預應力錨索進行超前補強支護，預緊力不小于270 kN。補強錨索共布置3 列，第1列沿距工作面幫部300 mm 布置，排距1000 mm，且每5 根錨索采用4 mm 厚的W 型鋼帶連接；第2列距第1 列700 mm 布置，排距1000 mm；第3 列距第2 列1500 mm 布置，排距2000 mm；第2 列和第3 列錨索均為單體錨索。

（2）幫部補強支護。實煤體幫采用規格Φ18.9 mm×4200mm 和Φ18.9 mm×6200 mm 的 預 應 力錨索進行超前補強支護，預緊力不小于220 kN，每排布置2 根，間排距1000 mm×2000 mm，呈仰角45°施工。錨索采用4 mm 厚的W 型鋼帶連接。9-2052 巷超前補強支護斷面圖如圖2，頂板補強支護平面圖如圖3。

圖2 9-2052 巷超前補強支護斷面圖（mm）

圖3 9-2052 巷超前頂板補強支護平面圖（mm）

2.2 預裂爆破切頂卸壓成巷

9-2052 巷預裂爆破切頂卸壓參數如下：

（1）預裂爆破切頂鉆孔布置

① 切頂鉆孔位置及間距、直徑。為保證9-2052巷留巷斷面尺寸滿足使用要求，切頂鉆孔設計在巷道頂板肩角處施工。根據礦井開采經驗，確定切頂鉆孔間距為500 mm，切頂鉆孔直徑為50 mm。

② 切頂鉆孔角度。為使9-2052 巷采空區側頂板充分垮落，同時考慮鉆機施工參數，確定切頂鉆孔向采空區呈仰角71°施工。

③ 切頂鉆孔深度。根據9-2052 巷揭露煤層的頂板巖性，揭露煤層平均厚度為2.9 m，頂板巖層巖石碎脹系數取1.4，忽略底鼓和頂板下沉的影響，計算得到切頂鉆孔深度應不低于7.3 m。考慮切頂鉆孔角度及一定的富余量，確定切頂鉆孔深度為9 m。

9-2052 巷預裂爆破切頂鉆孔布置如圖4。

圖4 9-2052 巷預裂爆破切頂鉆孔布置圖（mm）

（2）爆破參數

在切頂鉆孔內安裝聚能管、炸藥和雷管，采用“6 裝+1 空”的裝藥方式，即每7 個切頂鉆孔內6個鉆孔安裝聚能管、炸藥和雷管，1 個鉆孔為空置。每個鉆孔內安裝4 根1.5 m 的D 型聚能管和1 根1.0 mm 的D 型聚能管，單孔裝藥5.0 kg。封孔長度設計2.0 m，采用的D 型聚能管外徑42 mm，內徑36.5 mm。

2.3 采空側擋矸支護及巷內臨時支護

9-2052 巷進行預裂爆破切頂后，在采動應力作用下，采空區頂板巖層冒落成矸石并充滿采空區。為防止冒落的矸石進入留巷內，同時避免向采空區漏風，采用U 型鋼+金屬網+風筒布進行擋矸支護，即金屬網鋪設在最里側，U 型鋼架設在最外側，兩者之間采用風筒布防止采空區漏風。U 型鋼間距設計為500 mm。

受工作面采動影響，留巷圍巖礦壓顯現現象較明顯，因此，在滯后工作面200 m 范圍內設計采用門式支架進行臨時加強支護。支架型號ZLQ4200/20/39，支架初撐力為24～45 MPa，支架支設間距1.2 m，圍巖破碎區域，支架支設間距縮短為0.8 m。

3 切頂卸壓沿空留巷效果分析

將開發的切頂卸壓沿空留巷支護技術在9-2052巷進行工程應用，同時，監測了留巷前后圍巖變形情況，其頂底板移近量和兩幫移近量分別見圖5 和圖6。

圖5 9-2052 巷留巷前后頂底板移近量

圖6 9-2052 巷留巷前后兩幫移近量

如圖所示，超前工作面距離大于60 m 時，9-2052巷圍巖受采動影響較小，變形較小。隨著超前工作面距離的減小，巷道逐漸開始出現變形。超前采動影響范圍內，9-2052 巷頂底板移近量累計85 mm，兩幫移近量累計60 mm。采用切頂卸壓留巷后，在工作面采動影響下，留巷圍巖出現明顯的變形現象。在滯后工作面140 m 范圍內，巷道受采動影響明顯；當滯后工作面距離大于140 m 后，巷道圍巖變形趨于穩定。在工作面采動影響期間，9-2052 巷頂底板移近量累計285 mm，兩幫移近量累計305 mm，雖然9-2052 巷留巷圍巖出現了一定的變形，但變形整體均在可控范圍內，表明了切頂卸壓沿空留巷支護技術的合理性。

4 結論

9-2052 巷留巷前采用預應力錨索進行超前補強支護，留巷采用預裂爆破切頂卸壓成巷技術，留巷后，采空側采用U 型鋼+金屬網+風筒布進行擋矸，巷內采用門式支架進行臨時支護。工程應用后，在工作面采動影響期間，9-2052 巷頂底板移近量累計285 mm，兩幫移近量累計305 mm，均在可控范圍內，表明了切頂卸壓沿空留巷支護技術的合理性。