鐵新煤礦切頂卸壓沿空留巷技術(shù)

(山西保利鐵新煤業(yè)有限公司 山西 晉中 031302)

一、礦井概況

鐵新煤礦井田處于汾西礦區(qū)中部宜興—曹村勘探區(qū)的東南部，地理位置在靈石縣兩渡鎮(zhèn)的汾河以北，太西村—閆家山村—新莊一帶，行政區(qū)劃屬山西省晉中市靈石縣兩渡鎮(zhèn)管轄。本區(qū)交通較為便利，靈石縣有鐵路和公路與外界相通。南同蒲鐵路干線與108國道均從本井田東側(cè)1km處通過，本井田距最近的火車站兩渡站3km，距靈石車站12km，由此可達全國各地。另外距與南同蒲鐵路并行的大(同)-運(城)高速公路最近入口點靈石站12km。此外，還有縣級公路和鄉(xiāng)鎮(zhèn)級公路多條，連接著境內(nèi)各個鄉(xiāng)鎮(zhèn)、廠礦和絕大部分村莊。

9301工作面切頂卸壓自動成巷位于井下+470m水平9#煤三采區(qū)，北面為井田邊界(靠近大佛寺煤礦)，南面為三采區(qū)回風巷，西面、東面為未開采區(qū)。本工作面區(qū)域內(nèi)的煤層、工作面上部2#煤、下部10#、11#煤層均未開采。9301工作面切頂卸壓自動成巷在9301工作面回采期間，擔負9301綜采工作面的進風、行人和運輸。

二、切頂卸壓沿空留巷原理

切頂卸壓沿空留巷是通過聚能預裂爆破后的預裂弱而改變了沿空巷道上覆懸伸頂板巖體的結(jié)構(gòu)，引起巖層移動規(guī)律發(fā)生一定的改變[1]。在采場頂板來壓作用下，懸伸巖層在上覆壓力擠壓下沿預裂而切落，極大消散了沿空巷道圍巖的應力集中程度，應力集中向圍巖深部轉(zhuǎn)移，改善了沿空巷道的圍巖應力環(huán)境，減小了巷內(nèi)支護的受力及巷旁支護的阻力和應力集中程度，最終增強了沿空巷道的穩(wěn)定性[2]。

三、切頂卸壓沿空留巷過程

切頂留巷的施工方法對于整個支護作業(yè)來說很重要，頂板比較完整時，施工要按照工作面超前打眼→裝藥、封孔→打注漿錨桿→爆破→加強支護→巷旁支護→工作面割煤→工作面超前打眼的順序進行[3]。在頂板破碎時，施工按照工作面超前打眼→加強支護→裝藥爆破→巷旁支護→工作面割煤的順序來進行。加強支護選擇錨注支護，利用注漿錨桿向頂板注漿充填裂隙，膠結(jié)頂板，巷旁支護根據(jù)采空區(qū)管理需要可選擇單體支柱、粉煤灰袋和巷旁充填的方式[4]。

四、影響9301工作面切頂卸壓自動成巷地質(zhì)情況

根據(jù)《山西省煤炭工業(yè)廳晉煤瓦發(fā)(2016)8號文件》批復，2015年度礦井瓦斯等級鑒定，我礦瓦斯絕對涌出量為5.27 m3/min，相對涌出量為3.25 m3/t，二氧化碳絕對涌出量為5.22 m3/min，相對涌出量為3.22 m3/t。回采工作面最大絕對瓦斯涌出量為1.76 m3/min，掘進工作面最大絕對瓦斯涌出量為0.47 m3/min。9#煤層的瓦斯壓力為0.26 MPa。

礦井的二氧化碳絕對涌出量為5.22 m3/min，相對涌出量為3.22 m3/t。根據(jù)《山西省煤炭工業(yè)廳綜合測試中心鑒定報告》，煤火焰長度為130mm，巖粉最低用量75%。有煤塵爆炸性。根據(jù)《山西省煤炭工業(yè)廳綜合測試中心鑒定報告》，煤的吸氧量為0.7 cm3/g，煤為II類自燃煤，自然發(fā)火期為40天。

據(jù)詳查區(qū)內(nèi)鉆孔簡易地溫測量結(jié)果，區(qū)內(nèi)地溫變化無異常，屬正常地溫區(qū)，礦井建設(shè)無地溫危害。根據(jù)我礦9號煤工作面實際開采情況本工作面無沖擊地壓現(xiàn)象。

五、切頂卸壓自動成巷技術(shù)施工工序

(一)9301工作面切頂卸壓自動成巷施工工序

恒阻錨索+普通錨索聯(lián)合支護加固施工→頂板預裂爆破鉆孔的施工→對頂板預裂爆破孔進行預爆破施工→工作面留巷作業(yè)。

(1)恒阻錨索+普通錨索聯(lián)合支護加固施工?；夭汕凹盎夭蛇^程中，錨索加固支護段施工長度超前工作面不小于200 m。

(2)頂板預裂爆破鉆孔的施工。頂板預裂爆破鉆孔施工超前工作面不小于130 m。

(3)對頂板預裂爆破孔進行預爆破施工。頂板預裂爆破施工超前工作面不小于100 m。

(4)工作面卸壓自動成巷作業(yè)

(二) 9301工作面巷道布置

(1)該留巷段巷道沿9#煤頂板掘進，斷面為矩形。采用錨網(wǎng)索支護，寬5 m，高2.4 m，斷面積12 m2。

(2)巷道原支護形式：頂板支護選用φ18 mm，L=1800 mm的螺紋鋼錨桿+鋼帶+菱形網(wǎng)支護，錨桿間排距1550×2500 mm；幫部選用φ20 mm，L=1800 mm的玻璃鋼錨桿+菱形網(wǎng)支護，錨桿間排距1000×800 mm，正方形布置。

為了保證切頂過程和來壓期間巷道的穩(wěn)定性，9301工作面切頂卸壓自動成巷頂板進行預裂切頂前采用恒阻大變形錨索補強加固。錨索共布置2列，恒阻大變形錨索與普通錨索各布置1列，恒阻大變形錨索選為Ф21.8×7.3 m的19芯高預應力鋼絞線，恒阻器選為HZS35-300-0.5型，托盤采用直徑300 mm，厚度16 mm平面鋼托盤，錨索垂直于頂板方向布置，第一列為恒阻錨索距留巷幫500 mm，排距1000 mm；第一列恒阻錨索相鄰錨索之間用W鋼帶連接(W鋼帶平行于巷道走向)，恒阻器長500 mm，外徑82 mm，恒阻值為33±2t，預緊力不小于30t。第二列為普通錨索距第一列恒阻錨索間距1500 mm，第二列普通錨索排距為2000 mm。普通錨索選用Ф21.8 mm×7.3 m的19芯高預應力鋼絞線，托盤采用直徑300 mm，厚度16 mm凸面鋼托盤。

(3)9301運輸巷與9303工作面切巷交叉“丁”字口處，對9301運輸巷“丁”字口前后6m加固支護，將在距離東幫1500 mm處增加一排錨索，間排距為1500 mm×2000 m。9303工作面切巷口處增加5根錨索。

(4)9301工作面切頂卸壓自動成巷成巷后主要用于9303工作面進風、運輸及行人。9301工作面切頂卸壓自動成巷內(nèi)布置有2寸供水、4寸壓風、4寸排水、4寸注漿管路各一趟。

(三)工藝流程

施工工藝流程：恒阻錨索超前加固支護→施工切縫孔→沿切頂線超前爆破預裂切縫→留巷段架后支護及擋矸→回撤臨時支護單體柱→巷道整理成形。

六、應用效果分析

在分析沿空留巷上覆巖層活動規(guī)律及圍巖穩(wěn)定性基礎(chǔ)上，結(jié)合深孔預裂爆破技術(shù)，提出了切頂卸壓沿空留巷支護技術(shù)，通過深孔爆破人為在沿空留巷頂板切縫，利用工作面頂板的來壓切斷頂板，減少頂板懸臂長度，降低沿空留巷頂板壓力，改變圍巖應力環(huán)境，有利于沿空留巷頂板支護及穩(wěn)定。

技術(shù)優(yōu)點：(1)消除臨近工作面煤體上方應力集中。(2)減小采掘比，提高生產(chǎn)效率，操作簡單，造價低廉。(3)避免留設(shè)煤柱引發(fā)的沖擊地壓、瓦斯突出、自燃等災害。

七、結(jié)束語

綜上所述，鐵新煤礦9301工作面采用了切頂卸壓沿空留巷新技術(shù)，在消除臨近工作面煤體上方應力集中的同時，避免了瓦斯突出、沖擊地壓隱患，具有明顯的安全效益。