億欣礦XV2310工作面無煤柱留巷技術研究

王劍強

（晉能控股集團晉圣億欣煤業有限公司）

煤炭開采時，若仍采用傳統的留設寬煤柱方式護巷，存在煤炭資源回收率低、巷道掘進工程量大、圍巖應力集中等問題，給煤炭資源經濟高效回采帶來制約［1-2］。無煤柱開采技術是保持我國煤炭資源可持續發展的有效戰略之一，現場應用時一般只需對頂板進行卸壓降頂，利用礦山壓力和巖體的碎脹特性，即可實現無煤柱開采［3-5］。以億欣煤業XV2310工作面無煤柱留巷為工程背景，對現場采用留巷技術進行分析，以期為其他類似情況礦井采面留巷開采提供經驗借鑒。

1 工程概況

億欣煤業XV2310 工作面走向長度200 m，傾斜長度981.31 m，采面回采的15#煤層傾角3°～15°，煤厚平均2.55 m，煤層直接頂為厚度均值8.2 m 的K2石灰巖，直接底為厚度均值2.5 m 的泥巖。15#煤層煤自燃傾向性為Ⅱ類，煤塵無爆炸危險性。XV2310 工作面采高平均2.5 m，單循環進尺0.8 m。

XV2310工作面采用一面三巷（一進兩回）的布置形式，具體巷道布置方式見圖1。進風巷（XV23101）與東軌道大巷相連，解決工作面進風、運料及出煤問題；工作面回風巷（XV23091 巷、XV23111 巷）分別與南翼輔助回風巷連通，解決工作面回風問題。為提高采面煤炭資源采收率并降低巷道掘進工程量，提出將XV 23101 巷留作下一工作面（XV2311 工作面）的回采巷道。XV23101 巷為矩形斷面，寬×高=5.2 m×2.6 m，采用錨網梁組合支護，巷道頂幫采用鋼筋托梁作為錨桿支護的組合構件，頂部每排布置4根錨桿（規格為MSGLW-400/20×2 000）、間距×排距=1.5 m×1.8 m，巷幫每排布置3 根錨桿（規格為MSGLW-400/20×2 000），間距×排距=0.9 m×1.8 m；巷道頂板正中位置按照5.4 m 間距布置1 根7.3 m 單體錨索，錨索型號為SKP18-1/1 860。

2 無煤巖沿空留巷技術

2.1 回采巷道補強支護

2.1.1 補強錨索規格

為提高補強支護效率，提出采用普通錨索對XV23101 巷頂板進行補強，錨索索體為φ21.8 mm×1 mm×19 股高強度鋼絞線，采用3 支MSZ2360 型錨固劑。錨索長度可通過下述方式確定。

按照切頂留巷頂板穩定條件考慮，錨索的長度應滿足［6］：

式中，HF為頂裂切縫深度，m。

預裂切縫深度（HF）臨界設計公式如下［7］：

式中，hK為頂板下沉量，m；hG為底臌量，m；K為殘余碎脹系數，取1.4；HM為采高，m。

在不考慮底臌及頂板下沉的情況下，取采高2.5 m 時，則采場冒落高度6.3 m。按照切頂留巷要求，懸吊錨索錨固段要位于冒落高度之上，則錨索長度宜≥8.3 m，為保證錨固效果的情況下，錨索長度≥8.3 m，因還需滿足錨固段位于穩定巖層的要求，設計取8.3 m。

為此，在XV23101 巷留巷段采用規格為SKP22-1/1 860×8 300的鋼絞線錨索進行補強。

2.1.2 補強錨索施工參數

考慮留巷起始位置即XV2310 切眼丁字口處頂板壓力較大，將留巷段頂板補強加固段分為2 段，具體如圖2所示。

（1）第一段（①～②）補強支護范圍為沿空留巷起始位置XV2310 切眼丁字口處，加固長度18.2 m，采用4 列補強錨索，錨索規格為SKP22-1/1 860×8 300，其中第1 列錨索距留巷幫600 mm、排距1 000 mm；第2～4 列錨索布置間距均為1 200 mm，排距2 000 mm，錨索垂直于頂板方向布置，相鄰錨索之間用平行于巷道走向的W 鋼帶連接（W 鋼帶），W 鋼帶選用4 600/2 600×280×4 的鋼板制作，根據間距加工200 mm×100 mm 的長孔。錨索預緊力不小于290 kN。

（2）第二段補強支護范圍為XV2310 切眼丁字口至留巷結束處，頂板用3 列補強錨索，錨索規格為SKP22-1/1 860×8 300，第1 列錨索距留巷幫600 mm，排距1 000 mm；第2～3 列錨索距間距為1 200 mm，排距2 000 mm，錨索垂直于頂板方向布置。第1列相鄰錨索之間用W 鋼帶連接（W 鋼帶平行于巷道走向），W 鋼帶選用4 600/2 600×280×4 的鋼板制作，根據間距加工200 mm×100 mm 的長孔。選用300 mm×300 mm×20 mm 的蝶形托盤，錨索預緊力不小于290 kN。具體支護斷面見圖3所示。

2.2 巷道臨時支護技術

根據以往現場監測數據，將XV23101 留巷段劃分為3 個區：超前支護區（采面前方20 m）、架后維護區（架后0～200 m）和成巷穩定區（架后200 m 之后），不同分區采取不同的支護措施。

2.2.1 超前支護區

均 采 用DW28-250 / 100、DW31.5-200 / 100、DW35-200/100 型單體液壓支柱進行超前支護管理，從工作面煤壁向外20 mπ 型鋼梁架棚支護，保證一梁三柱；人行道側距離巷幫800～1 600 mm；非行人側距離巷幫400～1 600 mm。

2.2.2 架后維護區

在架后0～200 m 范圍內，采用單體柱+π 型梁一梁四柱支護及29U 型鋼可縮支架+風筒布+金屬網擋矸支護，緊跟支架后擋矸。π 型鋼梁長度4 m，臨空側端頭距離W 鋼帶中心線100 mm，排距1 m，單體柱距π型鋼梁兩端間距均為100 mm；第2 根柱距第1 根柱間距為500 mm，第3 根柱距第2 根柱間距為500 mm，第4 根柱距第3 根柱間距為2 800 mm。在巷道切縫幫沿切縫線布置1 排U 型鋼可縮支架，間距600 mm，U 型鋼內掛鋼筋網、菱形網和風筒布，防止矸石竄入巷道及采空區漏風。靠采空區側由里向外依次為菱形網、風筒布、鋼筋網、U 型鋼梁。臨空側與頂板、底板連接處采取噴漿方式，防止從巷道兩幫和頂、底部向采空區漏風。擋矸柱單節長度取1 900 mm，兩腿搭接長度1 000 mm，并采用2 道卡纜連接。U 型鋼上腿外表面焊接φ30 mm×500 mm 圓鋼，焊接長度200 mm，圓鋼插入切頂孔內，U 型鋼下腿焊接底座，并放入柱窩內，柱窩深度不低于200 mm。架后維護區具體布置情況如圖4所示。

2.2.3 成巷穩定區

工作面成巷穩定區（工作面往后200 m 之后）圍巖趨于穩定狀態，可將臨時支護一梁四柱變為一梁三柱，根據礦壓觀測的數據分析，再變為一梁二柱，直至單體支柱全部回撤，只保留U型可縮支架及鋼筋網進行擋矸。

2.3 切縫孔施工技術參數

2.3.1 切縫孔施工參數

XV23101 巷頂板有2 層厚堅硬巖層，分別為8.2和3.4 m厚灰巖，根據以往的施工經驗，切斷關鍵層巷道垮落更充分，卸壓及留巷效果更好。為此切縫鉆孔應切至第2 層灰巖層，切縫高度14.7 m，但是切縫孔較深時，造成下部堅硬頂板未進行充分預裂，切頂不充分；為實現淺部預裂，保證切頂卸壓效果，為提出深孔+淺孔切頂卸壓方式。切縫鉆孔均向采空區方向傾斜15°，深孔長15.2 m、封孔5.2 m；淺孔長5.2 m，封孔1.7 m；鉆孔直徑為50 mm、間距300 mm。鉆孔布置見圖5。

2.3.2 切縫孔裝藥參數

采用間隔裝藥結構，BTC-1500型聚能管，外徑42 mm，內徑36.5 mm，管長1 500 mm。炸藥為φ35 mm×300 mm，煤礦許用三級乳化炸藥，質量300 g/卷。

深孔（15.2 m）每孔裝藥量按4.2 kg 裝藥（14 卷），每孔封孔5.2 m，裝藥長度10 m，單孔使用6 根1.5 m聚能管和1 根1 m 聚能管，采用3+2+2+1+2+2+2 的裝藥方式。淺孔（5.2 m）每孔暫按1.5 kg 裝藥，5 卷，每孔封孔1.7 m，裝藥長度3.5 m，使用2 根1.5 m 聚能管和1根0.5 m聚能管，按照2+2+1的裝藥方式。

工作面每天推進度按照7.2 m 計算，則每天需要爆破12個深、淺孔組合。

3 留巷效果分析

在23101 巷按照30 m 間隔布置13 個礦壓監測點對留巷段圍巖變形、頂板離層等情況進行跟蹤監測。

（1）頂板變形量為65～285 mm，兩幫收縮量小于220 mm，巷道整體變形量較小。

（2）頂板離層最小為0 mm，最大為213 mm，整體離層值較小。

（3）單體柱活柱縮量最小為0 mm，最大為305 mm，單體柱縮量較小，說明頂板壓力較小。

從礦壓監測數據分析，在現有的留巷設計參數下，整體留巷效果較好，滿足巷道復用要求。

4 結 論

為提高億欣礦煤炭資源采收率、降低巷道掘進工程量，結合XV2310 工作面現場情況，將切頂應用到XV23101巷留巷中。

（1）在XV23101 巷留巷起始位置切眼丁字口處頂板壓力較大，將加固段分為2 段，分別使用4 列、3列錨索（規格為SKP22-1/1 860×8 300）補強，錨索錨固端位于采面冒落高度以上穩定巖層中。

（2）通過以往的施工經驗確定采用深孔+淺孔切頂卸壓方式，深孔長15.2 m、封孔5.2 m；淺孔長5.2 m、封孔1.7 m，鉆孔向回采幫傾斜10°，深孔用3+2+2+1+2+2+2 的裝藥方式，淺孔用2+2+1 的裝藥方式，切頂后頂板冒落矸石可充填采空區。

（3）根據礦壓顯現情況，將留巷段分為超前支護區、架后維護區和成巷穩定區，并分別采用一梁三柱、一梁四柱及擋矸（29U 型鋼可縮支架+風筒布+金屬網、U型可縮支架+鋼筋網）支護。

（4）工程應用后，XV23101 巷留巷圍巖變形控制效果較為顯著，頂板下沉量在65～285 mm，兩幫收縮量小于220 mm，巷道整體變形量較小。XV23101 巷在現有的留巷設計參數下，整體留巷效果較好，滿足巷道復用要求。