大傾角厚煤層綜采沿空留巷切頂及加強(qiáng)支護(hù)研究

孫磊磊

（山西鋪龍灣煤業(yè)有限公司，山西 大同 037100）

1 概 況

5102工作面位于井田西部，5102工作面可采長度為1441.5m，可采儲(chǔ)量為242.2萬t。工作面分為三段，第一段走向長215m，傾向長145m；第二段走向長605.5m，傾向長179.5m；第三段走向長621m，傾向長106m。煤層賦存穩(wěn)定，整體傾向北，煤厚在6.5～8.7m之間，含三至五層夾矸，夾矸穩(wěn)定厚度 0.10～1.1m。

表1 煤層頂?shù)装迩闆r表

5102機(jī)巷巷道斷面大（11.14m2），煤層傾角較大（平均31°），高度較大（平均2.8m），5102機(jī)巷沿空留巷成功與否不僅關(guān)系到資源回收，還關(guān)系到51采區(qū)接替問題。因此，必須采用綜合沿空留巷措施，利用切頂卸壓及有效的巷旁支護(hù)技術(shù)在5102工作面機(jī)巷進(jìn)行沿空留巷實(shí)踐。

2 切頂爆破方案

（1）方案

人工（鉆機(jī)）打眼，聚能管爆破切頂，切頂厚度為10m；雙節(jié)U36鋼梁配合菱形鐵絲網(wǎng)擋矸；3.8m工字鋼梁配合3棵單體液壓支柱支護(hù)頂板。

（2）爆破工藝

① 切頂炮孔布置

在工作面煤壁前方100m處開始打眼。炮眼長度10m，傾角15°，間距0.5m，直徑42mm。采用CMM2-8煤礦用液壓錨桿鉆車（DCA-45型自動(dòng)成巷超前切縫鉆機(jī)）打眼，保證質(zhì)量，提高效率。

② 裝藥結(jié)構(gòu)與裝藥量

根據(jù)切頂預(yù)裂要求，選擇采用大D型聚能管，裝藥線密度qx=0.5kg/m。

③ 起爆順序

超前工作面60m開始起爆，采用3號(hào)煤礦許用乳膠炸藥，試驗(yàn)階段采用連續(xù)起爆方式，每次起爆炮眼數(shù)為5個(gè)。后期根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)效果，可逐步改變?yōu)殚g隔起爆，即相鄰裝藥孔之間間隔一個(gè)空炮眼。

3 沿空留巷支護(hù)

3.1 機(jī)巷基本支護(hù)

5102采煤工作面機(jī)巷長1441.5m，巷高2.867m，巷寬3.8m，斷面為三心拱，斷面面積11.14m2，采用錨網(wǎng)索配鋼筋梯作為永久支護(hù)（圖1）。機(jī)巷的超前支護(hù)采用DZ2500-25/100單體液壓支柱加強(qiáng)支護(hù)，柱距0.9m，距煤壁10m范圍內(nèi)靠兩幫打雙排支柱，距煤壁10～20m范圍內(nèi)在巷道的上幫打單排支柱。

圖1 支護(hù)斷面示意圖

3.2 沿空留巷支護(hù)方案

經(jīng)過綜合比較，采用預(yù)裂爆破切頂卸載技術(shù)與采空區(qū)矸石自然下滑充填承載技術(shù)相結(jié)合沿空留巷。在工作面煤壁前方，以巷道與工作面煤壁之間的邊界線為切頂位置，采用爆破技術(shù)將難以自然冒落、有懸頂?shù)墓ぷ髅嬷苯禹攷r層切斷，使直接頂巖層完全冒落、碎脹于采空區(qū)內(nèi)，并采用適當(dāng)?shù)膿蹴反胧┖椭ёo(hù)方式讓冒落的巖層成為所留巷道的一側(cè)圍巖，形成沿空留巷[1-5]。

（1）普通支護(hù)區(qū)的支護(hù)

如圖1所示支護(hù)，錨、網(wǎng)、索聯(lián)合支護(hù)方式，錨桿間排距0.9m×0.9m，長度2.3m；錨索間距為3.6m，排距為1.5m，錨索長度5.2m，金屬網(wǎng)網(wǎng)孔5cm×5cm。

（2）超前支護(hù)區(qū)的支護(hù)

在普通支護(hù)的基礎(chǔ)上，在距煤壁10m范圍內(nèi)打雙排帶帽單體液壓支柱（圖2），10～20m范圍內(nèi)打單排帶帽單體液壓支柱（圖3）。

圖2 機(jī)巷距煤壁10m范圍內(nèi)超前支護(hù)區(qū)斷面示意圖

圖3 機(jī)巷距煤壁10～20m范圍內(nèi)超前支護(hù)區(qū)斷面示意圖

（3）滯后支護(hù)加固區(qū)的支護(hù)

隨著工作面推進(jìn)，在下超前缺口內(nèi)施工一排切頂錨索，在工作面下出口用“L”型鋼筋網(wǎng)（鋼筋網(wǎng)采用直徑14mm鋼筋焊接組成，橫筋和縱筋間距200mm）加鋼梁背機(jī)巷上幫（鋼梁間距為600mm），用錨桿在工作面下出口頂、底板各打一排固定鋼筋網(wǎng)，間距800 mm；在煤壁后方60m范圍沿機(jī)尾巷下幫距背頂鋼梁400mm支設(shè)帶帽單體支柱支護(hù)頂板，間距為900mm。

（4）沿空留巷基本穩(wěn)定區(qū)的支護(hù)

在工作面后方60m以外，在滯后加固區(qū)支護(hù)的基礎(chǔ)上將上幫單體液壓支柱回撤、下幫單體液壓支柱用鋼梁替換即可。

3.3 沿空留巷工藝流程

超前煤壁10m范圍用單體液壓支柱做雙排支護(hù)，10～20m范圍用單體液壓支柱做雙排支護(hù)。在超前缺口內(nèi)施工一排切頂錨索，間距1.0m，隨著工作面推進(jìn)，在工作面下出口用“L”型鋼筋網(wǎng)加鋼梁背機(jī)巷上幫（鋼梁間距為600mm），采空區(qū)傾斜上部直接頂先冒落的矸石自然下滑將采空區(qū)下部充填，既利用矸石承受頂板壓力，又防止采空區(qū)矸石串入機(jī)巷。在煤壁后方60m范圍沿機(jī)尾巷下幫距背頂鋼梁400mm支設(shè)帶帽單體支柱支護(hù)頂板（單體支柱間距為900mm）→在超前缺口內(nèi)施工預(yù)裂炮孔，直徑為Ф28mm，擴(kuò)孔后裝藥，待炮孔進(jìn)入采空區(qū)后爆破→老頂來壓，直接頂沿切縫斷裂垮落，減輕沿空留巷內(nèi)的頂板壓力。

4 礦壓觀測(cè)

（1）巷道表面位移監(jiān)測(cè)

采用雙十字法在巷道的兩幫與頂?shù)装迳显O(shè)置基點(diǎn)，對(duì)靠近實(shí)體煤和充填體側(cè)頂?shù)装逡平糠謩e進(jìn)行觀測(cè)。根據(jù)圍巖條件，基點(diǎn)材料由長200mm的鋼釬制作而成，將其固定在巷幫和頂?shù)装逯?，并保持平直，按?guī)定時(shí)間利用測(cè)槍和測(cè)桿進(jìn)行觀測(cè)。

（2）煤壁受力監(jiān)測(cè)

在巷道的實(shí)體煤側(cè)進(jìn)行，每個(gè)測(cè)區(qū)安裝4個(gè)鉆孔應(yīng)力計(jì)，共安裝12個(gè)。鉆孔深度分別為2m、6m、8m、10m。每天記錄煤體受力的數(shù)據(jù)。

（3）單體支柱受力監(jiān)測(cè)

在每個(gè)測(cè)點(diǎn)處的2顆單體支柱上分別安裝1臺(tái)礦用數(shù)字壓力計(jì)，共安設(shè)18臺(tái)數(shù)字壓力計(jì)，每天記錄測(cè)點(diǎn)處單體支柱的壓力，同時(shí)用卷尺測(cè)量單體支柱活柱的縮量。

根據(jù)實(shí)際需要，在5102工作面機(jī)巷前方150m開始共布設(shè)三個(gè)測(cè)區(qū)。其中工作面前方的機(jī)巷布置I測(cè)區(qū)距離已采工作面150m，Ⅱ測(cè)區(qū)距離I測(cè)區(qū)30m，Ⅲ測(cè)區(qū)距離Ⅱ測(cè)區(qū)30m。每個(gè)測(cè)區(qū)分別安設(shè)2個(gè)觀測(cè)站，觀測(cè)站之間的距離2m。觀測(cè)結(jié)果表明，工作面頂板基本沿預(yù)裂爆破形成預(yù)裂縫切斷，切頂效果理想，冒落矸石填滿采空區(qū)；巷道煤體側(cè)除個(gè)別地段有片幫外，兩幫的相對(duì)變形量較小，巷道頂?shù)装宓南鄬?duì)移近量小于150mm，巷道支護(hù)狀況良好，能夠滿足下一區(qū)段工作面回采作為回風(fēng)巷使用的各項(xiàng)技術(shù)與安全要求。

5 效益分析

按沿空掘巷留設(shè)5.0m保護(hù)煤柱和沿空留巷進(jìn)行對(duì)比。不采用沿空留巷，掘進(jìn)一條巷道的綜合成本主要為：支護(hù)材料費(fèi)為531元/m，掘進(jìn)人工費(fèi)為960元/m，機(jī)械維修費(fèi)155.8元/m，輔助費(fèi)為187.6元/m，總計(jì)1834.4元/m；采用沿空留巷的綜合成本主要為：支護(hù)材料費(fèi)310元/m（鋼梁基本可全部回收，未計(jì)入支護(hù)成本），炸藥雷管費(fèi)16.7元/m，所需人工費(fèi)400元/m，機(jī)械維修費(fèi)103.2元/m，輔助費(fèi)為123.4元/m，總計(jì)953.3元/m。留巷按1441.5m計(jì)算，可節(jié)約成本127萬元。不進(jìn)行沿空留巷，保護(hù)煤柱留設(shè)按5.0m計(jì)算，可多回收煤炭：1441.5×5.0×2.2×1.35=21406.3t，噸煤綜合售價(jià)按350元計(jì)，噸煤綜合成本按270元計(jì)，則經(jīng)濟(jì)效益為：（350-270）×21403.3=171.25萬元。兩項(xiàng)合計(jì)可獲得經(jīng)濟(jì)效益約298.25萬元。

6 結(jié) 語

根據(jù)5102工作面機(jī)巷的地質(zhì)條件和支護(hù)情況，設(shè)計(jì)了爆破切頂方案。利用切頂卸載技術(shù)及有效的巷旁加強(qiáng)支護(hù)技術(shù)，配合采用柔性充填等留巷施工技術(shù)，取得了良好效果。提高煤炭資源的采出率，緩解采掘接替緊張關(guān)系，為下區(qū)段實(shí)現(xiàn)在本煤層內(nèi)深孔瓦斯抽放提供作業(yè)空間和施工時(shí)間，避免在底板巖石中開掘底板巖石抽放巷，保證了安全生產(chǎn)。