錦瑞煤業8102 回風順槽切頂卸壓沿空留巷應用研究

王強強

（山西煤炭運銷集團錦瑞煤業有限公司， 山西 離石 033000）

0 引言

沿空留巷可提高采面煤炭采收率、避免采空區內遺留煤柱而引起下部煤層應力集中等問題，對提高礦井生產效益以及安全保障能力等均有一定的促進意義[1-3]。其中切頂卸壓技術綜合使用恒阻錨索、切頂鉆孔以及擋矸支護等措施，實現留巷段圍巖穩定，在煤礦井下應用呈增加趨勢[4-7]。本文就以錦瑞煤業8102回風順槽留巷為工程背景，根據現場情況，對切頂卸壓留巷技術布置方案及應用效果等進行探討，以期為礦井積累沿空留巷經驗并為其他礦井沿空留巷工作開展提供經驗參考。

1 工程概況

1.1 地質概況

8102 回采工作面位于井田一采區南部。工作面標高+805～850 m，地面標高+950～+1 032 m，蓋山厚度130～182 m。回風順槽長度為644 m，切眼長142 m，8 號煤賦存穩定，煤層位于太原組L1 石灰巖下，厚度3.1～3.4 m（均值3.2 m），含0～3 層夾矸（厚0.05～0.39 m）。8 號頂板為石灰巖，底板為砂質泥巖、泥巖。

根據礦井采掘銜接計劃安排，決定在8102 工作面回風順槽20～437 m 處進行切頂卸壓留巷。該巷道作為8104 綜采工作面的運輸順槽，留巷度4.2 m，位置如圖1 所示。

圖1 留巷段位置示意圖（單位：mm）

1.2 原有支護形式

8102 回風順槽毛斷面尺寸為4.5 m×3.2 m，采用錨網索支護。巷幫用Φ18 mm×2 000 mm 錨桿，間距900 mm、排距1 000 mm，用120 mm×120 mm×8 mm的拱形托盤；掛12 號菱形鐵絲網，鄰近金屬網間有100 mm 搭接距離，每隔150 mm 呈現雙排錯位布置（即三角形布置），采用14 號鐵絲雙股綁扎，扭結不少于3 圈；頂部用Φ17.8 mm×6 300 mm 錨索支護，間距1 800 mm、排距4 000 mm，“二一二”布置，配合300 mm×300 mm×16 mm 的拱形托盤。具體支護形式如圖2 所示。

圖2 回風順槽原支護形式（單位：mm）

2 沿空留巷施工方案

8102 回風順槽沿空留巷工作基于恒阻錨索補強+切頂卸壓思路開展，不僅可實現頂板變形有效控制而且切頂后改善巷道受力環境，提高留巷效果。

2.1 補強錨索施工

8102 回風順槽恒阻錨索打設從437 m 起始至順槽口20 m 處結束，共417 m，共打設3 列恒阻錨索，垂直頂板布置，間距1 500 mm，第一列排距1 000 mm，第二列及第三列均為2 000 mm，兩側的恒阻錨索與采空區幫、采面幫間距分別為700 mm、800 mm；錨索長度為12.3 m（必須錨到L2 石灰巖之上穩定巖層中1 m）、直徑21.8 mm、規格為1×19-1860 型鋼絞線，破斷力≥550 kN；靠近采空區幫的第一列恒阻錨索通過平行于巷道走向的W 鋼帶連接；布置有施加290 kN 預緊力。恒阻錨索布置如圖3 所示。

圖3 8102 回風順槽恒阻錨索布置示意圖（單位：mm）

2.2 切頂鉆孔施工

2.2.1 切頂鉆孔技術參數

切頂卸壓時切頂鉆孔深度可通過式（1）計算[8-9]：

式中：H縫為鉆孔垂高（即切頂深度）；H煤為采煤高度，取3.2 m；?H 為采空區頂底板移近量，根據現場條件取0.3 m；K 為冒落巖層的碎脹系數，取1.3。

將相關數據代入式（1）計算得：H縫=9.7 m。因此，錦瑞煤礦采用頂板預裂超前卸壓處理的頂板高度必須大于9.7 m。根據8102 回風順槽頂板巖體柱狀圖分析，結合相似條件下的工程經驗，并考慮垮落的巖層能夠充滿采空區，垂直斷頂高度確定為11 m（斜長11.3 m）。8 號煤層直接頂為L1 灰巖硬度較大，為提高切頂效果，現場使用的切頂鉆孔間距500 mm、向采空區外插15°。

2.2.2 切頂鉆孔現場布置方式

切頂鉆孔開孔距離采空區幫300 mm、孔徑Φ52 mm（Φ45～Φ52 mm），8102 回風順槽切縫孔深孔（斜長）暫定為11.3 m。8102 回風順槽切縫孔斷面，如圖4 所示。

圖4 8102 回風順槽切縫孔斷面（單位：mm）

裝藥方式可采用四孔連續裝藥隔一個空孔方式進行。根據以往回采的工作面回采經驗，超前預裂切縫應超前工作面50 m，開切眼預裂切縫必須在回采前全部爆破完畢。

2.3 留巷段圍巖支護

根據采面礦壓顯現情況以及采空區頂板垮落情況，將留巷段分為補強及超前切頂區（超前采面50 m以外，此區間布置恒阻錨索及切頂鉆孔）、超前支護區（超前采面0～20 m）、滯后維護區（滯后采面0～200 m）和成巷穩定區（滯后采面200 m 以外）。

2.3.1 超前支護區（煤壁前方0～20 m）

此范圍受采面開采影響顯著，需進行超前支護。具體用2 根DW4.0 型單體并配合工字鋼支護，單體排距1 000 mm。工作面的刮板機機尾不得超過煤壁1.5 m，端尾架不得超出煤壁0.3 m。

2.3.2 架后滯后臨時維護區（架后0～200 m）

此區域受采空區頂板垮落影響明顯，具體通過單體、π 型鋼梁支護。圍巖支護時用5 根單體（DW4.0型）、π 型鋼梁（長3.5 m）按照1 000 mm 排距支護，具體布置方案如圖5 所示。

2.3.3 巷幫擋矸防護設計

擋矸支護用金屬網（鋼筋網）+擋矸支架+單體+密集擋矸柱方式支護，具體布置方案如圖6 所示。擋矸支架型號為RTD29-2500/01，單體（型號DW4.0）、密集支柱（29U/2500-01）交替布置，間距均為500 mm；在靠近采空區側布置金屬網。

圖6 架后擋矸支護側視圖

2.3.4 成巷穩定區支護

在滯后采面200 m 以外范圍，采空區頂板基本穩定，因此將臨時支護“四柱”變為“三柱”“二柱”或者隔架回撤，直至單體支柱全部回撤。架設的伸縮式護幫擋矸架在巷道復用時，進行回撤。

3 留巷效果分析

布置測點獲取到留巷段圍巖變形監測曲線如圖7 所示。滯后采面0～170 m 內圍巖變形增加速度較快；滯后采面200 m 以后，采面圍巖變形基本穩定。期間監測到頂板下沉量247 mm、底鼓量434 mm，采面幫及采空區幫收斂量分別為150 mm、100 mm。整體來說，留巷段圍巖變形在允許范圍內，留巷段巷道斷面可滿足后續8104 工作面需要。

圖7 留巷礦壓顯現監測結果

4 結論

1）通過恒阻錨索補強支護，可降低巷道頂板下沉量，依據現場情況恒阻錨索布置參數，頂板布置3 排恒阻錨索，直徑21.8 mm、規格1×19-1860 型鋼絞線，間距1 500 mm，靠近采空區排距1 000 mm、其余2排錨索排距均為2 000 mm，并施加290 kN 預緊力。

2）采用理論計算方法以及工程經驗，確定切頂鉆孔孔深為11 m（斜長11.3 m）、炮孔間距500 mm、角度15°；采用單體、工字鋼及擋矸支架等進行超前支護、采面后方臨時支護及擋矸支護，實現留巷段圍巖變形有效控制。

3）現場應用后，8102 回風順槽留巷段圍巖變形整體較小，變形以底鼓為主，最大變形量控制在434 mm。留巷段圍巖保持穩定，支護體系起到較好圍巖控制效果，留巷段斷面可滿足8104 工作面使用需要。