2305 厚煤層工作面回采巷道小煤柱護巷技術研究

李文濤

（晉能控股煤業集團長治三元中能煤業有限公司，山西 長治 046000）

巷道圍巖穩定性控制的基本途徑是降低巷道圍巖應力和選取合理的支護方式[1-2]。目前小煤柱護巷主要通過強支護措施來控制圍巖的大變形[3-5]。長治三元中能煤業有限公司區段煤柱留設25 m（凈煤柱）不利于提高煤炭資源采收率，2305 工作面回風順槽采用8 m 小煤柱護巷，為提高小煤柱護巷煤圍巖穩定，提出切頂卸壓+錨網索支護方式控制圍巖。

1 工程概況

2305 回風順槽掘進工作面北距東常村和寨上村的保安煤柱邊界約14.23 m，西為實體煤，南開口段位于南郭村下方，連接西翼軌道大巷、西翼皮帶大巷、西翼回風大巷，東為2303 工作面采空區，如圖1 所示。2305 回采工作面回風順槽沿3 號煤層頂板掘進，留設煤柱寬8 m，巷道設計掘進長度1700 m，掘進寬度5.6 m，掘進高度3.8 m，毛斷面積21.28 m2。3 號煤厚6.29 m，巖性參數見表1。

表1 頂底板巖性

圖1 2305 回采工作面回風順槽布置圖

2 圍巖支護設計

2305 回風順槽圍巖支護參數設計綜合采用理論分析、工程類比法確定，支護斷面如圖2。

圖2 巷道支護斷面（mm）

2.1 頂板支護

2.1.1 頂錨桿

頂錨桿為MSGLW-400/22/2400 螺紋鋼錨桿，規格Φ22 mm×2400 mm，用兩支錨固劑（MSK2335、MSZ2360）錨固，錨固長度1675 mm， 間 排 距850 mm×900 mm， 每 排7 根 錨桿，兩側錨桿與巷幫間距均為250 mm 且均外插15°。預先施加的預緊力300 N·m 以上，配合用拱形托盤，規格150 mm×150 mm×10 mm，拱高不得小于36 mm。

菱形網用10#鐵絲編制，網5800 mm×1000 mm，網孔50 mm×50 mm；鋼筋托梁用16#圓鋼焊制，規格為長5300 mm，寬80 mm，鋼筋托梁上焊接7 個80 mm×80 mm 的方孔安裝錨桿，方孔間距850 mm，兩端方孔距端頭100 mm。

2.1.2 頂錨索

錨索為Φ21.6 mm×7300 mm 鋼絞線，采用“3-2-3”布置，排距為900 m。每排2 根、3 根的錨索間距分別為2000 mm、1500 mm，距巷幫分別為1800 mm、1300 mm，錨索垂直頂板布置在巷道中部。錨索施加預緊力在200 kN 以上，托板用300 mm×300 mm×16 mm 可調心托板。

2.2 巷幫支護

巷幫錨桿規格及錨固與頂板錨桿一致，巷幫每幫5 根錨桿，間排距850 mm×900 mm，靠近頂底板錨桿均有15°外插角，其他錨桿垂直巷幫。幫錨桿預緊力矩不小于300 N·m，用拱形托盤+ W鋼護幫；W 鋼護板規格為BHW280-3.0-400（400 mm×280 mm×3.0 mm）兩邊壓棱。

護幫菱形網用10#鐵絲編制，菱形網型號為：3800 mm×1000 mm，網孔50 mm×50 mm，鋼筋托梁用14#圓鋼焊制，長3600 mm、寬80 mm，鋼筋托梁上焊接5 個80 mm×80 mm 的方孔安裝錨桿，方孔間距850 mm，兩端方孔距端頭100 mm。

幫錨索補強布置在采空區一側巷幫（小煤柱幫）。錨索為Φ21.6 mm×4300 mm（1×7股）鋼絞線，直徑21.6 mm，長度4300 mm，規格為MS-Φ21.6-1-4300 mm。采用三支錨固劑（一支MSK2335，兩支規MSZ2360），錨固長度為1921 mm，排距900 mm。錨索預緊力不小于100 kN。

3 留巷段頂板預裂爆破

2305 回風順槽采用8 m 小煤柱護巷，巷幫及頂板位移量大，為降低鄰近采空區側向應力影響，采用切頂預裂爆破切斷巷道與鄰近采空區頂板應力傳遞路徑。

3.1 主要爆破材料

（1）炸藥。炸藥為三級煤礦許用乳化炸藥，藥卷規格為Φ35 mm×300 mm，300 g/卷。

（2）雷管及腳線。煤礦許用8#電雷管（瞬發或同一段），每根聚能管內的最下端藥卷插入一根雷管，腳線采用爆破母線。

（3）聚能管。為提高裝藥效率和爆破效果，裝藥時采用抗靜電阻燃的聚能管，本次采用“O”形聚能管，如圖3。本次深孔預裂爆破選用單根長度為1 m 的聚能管。在巷道切頂巖層主要為細粒砂巖、粉砂巖和石灰巖，依據深孔預裂爆破理論及經驗確定聚能管外徑尺寸46 mm，內徑尺寸35 mm，鉆孔直徑60 mm。

圖3 “O”型聚能管結構

（4）發爆器。采用BF-200 型發爆器。

3.2 爆破參數

（1）炮孔直徑。考慮爆破效果、施工機具以及鉆眼工程量等因素，依據深孔預裂爆破理論及經驗確定預裂爆破的炮孔直徑為60 mm。

（2）炮孔深度。炮孔深度為20 m。

（3）炮孔間距。根據經驗初定炮孔間距1 m，最終通過現場試驗效果再調整。

（4）封孔長度。封孔長度大于孔深30%。裝藥后采用一卷水炮泥（或水沙袋）消焰，剩余炮孔全部采用黃沙、黃泥作為封孔材料進行封孔封泥，長度確定為6.0 m。預裂爆破設計參數匯總見表2。

表2 頂板預裂爆破設計參數匯總表

3.3 炮孔布置方式

切頂卸壓炮孔布置在2303 運輸順槽外幫。炮孔距離外幫200 mm 的位置，孔間距暫定1.0 m，炮孔直徑Φ60 mm，深度20 m，炮孔與頂板垂直，間距1 m，編號分別為1～400。炮孔布置如圖4。炮孔用ZDY1900L 鉆機鉆進，并配備Φ42 mm 鉆桿，鉆頭Φ60 mm。

圖4 巷道內炮孔布置圖（m）

3.4 裝藥結構及爆破方式

頂板切頂爆破采用“O”型聚能管不耦合裝藥，管外徑尺寸46 mm，內徑尺寸35 mm，長度2 m，每米裝藥量為1.0 kg，煤礦許用8#雷管（瞬發或同段位）起爆。具體工藝流程如下：

（1）首先將聚能管的扣蓋打開，將炸藥按要求放入管體中，可在聚能管兩端（或一端）放入限位裝置防止炸藥移動。

（2）為防止盲炮出現，每根聚能管內的最下端藥卷插入一發煤礦許用8#雷管（瞬發或同段位），同時蓋上聚能管蓋板。

（3）聚能管內雷管采用串聯連接，炮孔和炮孔之間采用串聯連線。

（4）聚能管裝入炮孔中，其兩端的聚能槽（聚能管內兩個對稱小三角形方向為聚能槽方向）沿巷道呈一條直線。

（5）將聚能管安裝到位后，再安裝水沙袋，最后用炮泥封孔，封泥長度不得小于6.0 m。

采用正向裝藥，多雷管引爆方式，每孔裝藥量為14 kg，雷管14 發，結構如圖5。每孔內安裝7根聚能管，聚能管用專用連接件連接，定位器固定。將聚能管安裝到位后，再用炮泥封孔，封泥長度暫定為6 m。

圖5 炮孔裝藥結構

4 圍巖支護效果分析

2305 回風順槽每隔50 m 布置一個測站，在頂底板、兩幫均布置測點，測點在開挖后12 h 內埋設。巷道距掘進工作面50 m 內和回采工作面50 m 內每天觀測次數不少于 1 次，超過此范圍觀測頻度可為每周1 次。如頂板離層或圍巖變形及錨桿（索）等礦壓顯現有明顯增大，則視情況增加觀測次數。如果遇到聯絡巷、構造、圍巖破碎等特殊情況，加大觀測密度和頻次。通過圍巖變形監測發現，2305 回風順槽8 m 煤柱護巷，采用錨網索支護方案并通過切頂卸壓降低巷道圍巖應力集中程度后，巷道圍巖變形量整體較小，其中頂底板、巷幫最大位移量分別為350 mm、290 mm，圍巖變形不影響巷道使用及安全。

5 結語

2305 回風順槽留巷8 m 護巷小煤柱，巷道圍巖控制面臨側圍巖應力集中、巷幫變形量大以及頂板下沉嚴重等問題。依據現場情況，采用工程類比法確定圍巖支護方案，并通過適當縮小錨桿索支護間距、提高預緊力等方式增強圍巖控制效果。為降低側向應力影響，提出采用切頂卸壓方式切斷采空區頂板應力傳遞路徑，并依據現場情況對切頂方案進行設計。

現場應用后，2305 回風順槽圍巖變形嚴重問題得以有效解決，現場監測發現頂底板、巷幫最大位移量整體較小。