宏陽煤礦薄煤層沿空留巷實(shí)踐應(yīng)用

王冰冰 李慶亮

（山東宏陽礦業(yè)有限公司，山東 濟(jì)寧 272000）

為了減少巷道掘進(jìn)工程量，降低開采成本，緩解薄煤層礦井開采采掘接續(xù)緊張局面[1-4]，宏陽煤礦在12煤層采用工作面順槽沿空留巷布置，進(jìn)行沿空留巷方案設(shè)計(jì)，確保沿空留巷的支護(hù)方式能夠滿足巷道圍巖支護(hù)的需要，保證巷道斷面維護(hù)效果滿足后期采面生產(chǎn)的使用需求。

1 工程概況

12102工作面開采煤層為上石炭統(tǒng)太原組12下層煤，煤厚1.48m，12102運(yùn)輸順槽采用沿空留巷的方式，12102工作面回采結(jié)束后該巷道作為12103工作面進(jìn)風(fēng)巷道。12102運(yùn)輸順槽設(shè)計(jì)斷面為矩形斷面，凈寬3800mm，凈高2300mm，沿12煤煤層底板布置。煤層的偽頂為0.6m的泥巖，直接頂為2.7m的粉砂巖，基本頂為1.96m的灰?guī)r，直接底為1.9m的泥巖。

2 沿空留巷方案

12102運(yùn)輸順槽采取超前采面打設(shè)錨索梁、頂板超前預(yù)裂爆破、支架切頂線后沿空留巷段采用7#“π”型鋼作為頂梁配合單體液壓支柱的架棚方式進(jìn)行巷道支護(hù)。

2.1 錨索梁支護(hù)

12102運(yùn)輸順槽自12102工作面切眼交叉口處向外增設(shè)錨索梁支護(hù)，錨索梁布置于原巷道掘進(jìn)支護(hù)相鄰兩排錨索之間。錨索規(guī)格型號(hào)為SKP18-1/1860，錨索長(zhǎng)度6.0m，錨索梁使用20b型槽鋼，單根長(zhǎng)度2.0m，錨索布置間距為1800mm。錨索梁支護(hù)斷面圖如圖1所示。槽鋼布置于原巷道頂板支護(hù)錨索之間，并兼顧原頂板，支護(hù)錨桿不影響槽鋼的布置，每根錨索使用1支MSCK2535和3支MSK2550樹脂錨固劑進(jìn)行錨固。錨索梁支護(hù)超前回采煤壁不小于20m。

2.2 頂板沿空預(yù)裂爆破

為減小沿空留巷區(qū)域的破壞程度，決定對(duì)12102運(yùn)輸順槽沿采空區(qū)側(cè)頂板進(jìn)行預(yù)裂爆破，頂板沿空預(yù)裂爆破斷面圖如圖2所示。

（1）設(shè)計(jì)預(yù)裂爆破孔超前采面至少20m且沿回采煤壁側(cè)呈直線布置，鉆孔開孔位置距回采煤壁間距不大于0.2m，鉆孔向回采煤壁側(cè)傾斜，與煤巖層位垂線夾角為10～15°，鉆孔設(shè)計(jì)深度4m。

（2）鑒于12102工作面與12103工作面的切眼位置關(guān)系，為保證順槽端頭區(qū)域的巷道維護(hù)效果，12102切眼處鉆孔設(shè)計(jì)深度應(yīng)滿足鉆孔末端進(jìn)入七灰深度1m。

（3）鉆孔采用井下支護(hù)錨桿鉆機(jī)施工，鉆孔直徑Φ32～40mm，相鄰鉆孔間距1.0m，誤差±200mm。

（4）炮眼封孔：采用水泥藥卷封孔，封孔長(zhǎng)度不小于1m并封嚴(yán)封實(shí)。

（5）裝藥結(jié)構(gòu)及聯(lián)線方式：正向裝藥，孔間串聯(lián)，同號(hào)段雷管起爆。順槽與切眼交叉處鉆孔內(nèi)4卷炸藥，其他區(qū)域鉆孔內(nèi)2卷炸藥，炮孔內(nèi)每?jī)删碚ㄋ幰唤M含一個(gè)起爆藥卷。裝藥過程，根據(jù)鉆孔內(nèi)填藥難易情況，確定是否使用PVC管。腳線自鉆孔內(nèi)延伸出后，與母線直接連接。

（6）雷管及起爆方式：選擇一、三、五段雷管中同段毫秒延期電雷管，采用MFB-200型發(fā)爆器起爆，一次起爆不超過20個(gè)孔。

（7）爆破結(jié)束后安排專人觀測(cè)爆破區(qū)域前后10m范圍內(nèi)頂板情況，確認(rèn)安全后，方準(zhǔn)進(jìn)入作業(yè)。

圖1 錨索梁支護(hù)斷面示意圖

2.3 沿空留巷段支護(hù)

（1）隨著工作面推進(jìn)，支架后形成采空區(qū)，順槽沿空留巷段及時(shí)進(jìn)行支護(hù)。支護(hù)斷面圖如圖3所示。沿空留巷段支護(hù)采用7#“π”型鋼作為頂梁配合單體液壓支柱支護(hù)。頂梁長(zhǎng)3.4m，垂直于巷道橫向均勻布置，梁距1.0m。頂梁下支設(shè)三棵單體液壓支柱，支柱垂直于巷道頂板布置，支柱間距1.5m。

圖2 頂板沿空預(yù)裂爆破孔施工斷面圖

為增強(qiáng)采空區(qū)側(cè)巷道的護(hù)幫效果，避免采空區(qū)矸石涌入造成貼幫柱傾斜或傾倒，靠采空區(qū)側(cè)單體支柱增設(shè)一棵戧柱，戧柱柱頭與原支柱緊鄰，豎直方向傾斜角度10°～15°，以防止原支柱傾斜或歪倒。前后兩排頂梁中間增設(shè)一棵戴帽點(diǎn)柱，柱帽為7#“π”型鋼，垂直于巷道橫向布置，長(zhǎng)度為1.0m。點(diǎn)柱柱頭與戧柱柱頭平齊，柱帽一端與頂梁靠采空區(qū)側(cè)梁端平齊。采空區(qū)側(cè)戧柱及增設(shè)的戴帽點(diǎn)柱待采面上覆巖層穩(wěn)定且滯后采面80m后開始由里向外，按照采面后延伸一排，沿空留巷段回撤一排的方式進(jìn)行逐根回撤。上述“π”型鋼頂端與巷道頂板用木板接實(shí)，單體支柱型號(hào)均為DW28-300/100X。支設(shè)單體支柱區(qū)域，底板必須清盡浮煤浮矸，直至八灰頂板，支柱穿鞋或破八灰挖設(shè)柱窩。

圖3 支護(hù)斷面示意圖

（2）工作面機(jī)頭處支架頂板隨采隨鋪菱形網(wǎng)，鋪網(wǎng)必須和順槽內(nèi)原頂板支護(hù)鋼筋網(wǎng)聯(lián)在一起且搭接長(zhǎng)度500mm，護(hù)網(wǎng)間每隔200mm用10#鐵絲雙股將相鄰的網(wǎng)綁扎牢固。鋪網(wǎng)橫向長(zhǎng)度3m，保證移架后網(wǎng)底端能達(dá)到順槽底板。

3 支護(hù)強(qiáng)度驗(yàn)算

采空區(qū)巖石垮落后，隨礦壓顯現(xiàn)及上覆巖層變化影響，逐漸被壓實(shí)，形成一個(gè)靜壓支撐區(qū)，成為巷道頂板巖層的一個(gè)支撐點(diǎn)。12103工作面內(nèi)未采動(dòng)區(qū)域，整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定完好，成為巷道頂板巖層的另一個(gè)穩(wěn)定支撐點(diǎn)。

沿空留巷巷道頂板承受的壓力，若去除采空區(qū)側(cè)垮落矸石及12103煤體對(duì)巷道頂板的分擔(dān)作用，每米沿空留巷支護(hù)體系承擔(dān)的頂板壓力可視為巷道斷面區(qū)域內(nèi)上覆巖層垮落部分的巖重。

沿空留巷支護(hù)體系中忽略原巷道錨網(wǎng)索支護(hù)強(qiáng)度，單純計(jì)算單體支柱支護(hù)強(qiáng)度，每米沿空留巷支護(hù)5根DW28-300/100X單體液壓支柱，若5根單體支柱分擔(dān)上覆巖層來壓受力至少為199.2kN，單體液壓支柱額定工作阻力為300kN。

4 應(yīng)用效果

（1）經(jīng)濟(jì)效益

按照增收煤炭8085t、噸煤利潤300元/t計(jì)算，可獲得經(jīng)濟(jì)效益242.55萬元。

按照少掘巷道效益，少投入掘進(jìn)費(fèi)用153.6萬元。

留巷投入的成本：12102運(yùn)輸順槽沿空留巷加強(qiáng)支護(hù)、切頂?shù)仍黾拥馁M(fèi)用為76.8萬元。

12102運(yùn)輸順槽沿空留巷合計(jì)獲得的經(jīng)濟(jì)效益為319.35萬元。

（2）礦壓監(jiān)測(cè)

根據(jù)圖4現(xiàn)場(chǎng)沿空留巷實(shí)際效果看，沿空留巷段頂板完整，頂板下沉量基本都在200mm以下，平均值92mm。巷道變形主要來自于底鼓，由于掘進(jìn)回采后有了變形空間，加之底板泥巖受水浸后易膨脹，局部底鼓達(dá)310mm，但留巷整體效果較好，支護(hù)體系能滿足巷道圍巖維護(hù)需要。

圖4 沿空留巷圍巖變形監(jiān)測(cè)

5 結(jié)語

宏陽煤礦采用沿空留巷技術(shù)，結(jié)合井下實(shí)際條件，將鋼棚“一梁三柱”調(diào)整為“一梁三柱一戧”，增加了單棚整體支撐強(qiáng)度的同時(shí)，重點(diǎn)加強(qiáng)了采空區(qū)側(cè)頂梁的穩(wěn)定性。針對(duì)采空區(qū)側(cè)礦壓顯現(xiàn)的明顯性，在前后兩棚之間采空區(qū)側(cè)，增加一棵戴帽單體支柱，有效增加了采空區(qū)側(cè)的支護(hù)強(qiáng)度及采空區(qū)側(cè)的巷道成型維護(hù)，沿空留巷實(shí)際效果較好。