1226工作面運輸巷切頂卸壓沿空留巷技術(shù)研究

張能旺

（山西汾西礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司曙光煤礦，山西 孝義 032300）

1 工程概況

山西汾西礦業(yè)曙光煤礦1226工作面位于一采區(qū)西翼，工作面主采2#煤層，煤層均厚為2.85m。煤層偽頂為0.4m，直接頂為4.0m的粉砂質(zhì)泥巖，基本頂為細(xì)砂巖，均厚為5.7m。工作面傾向長度180.5m，可采走向長度1562m，采用綜采工藝，采高為2.85m，沿頂?shù)装甯蠲?。為有效提?#煤層煤炭的總體采出率，采用切頂卸壓沿空留巷技術(shù)，1226工作面的運輸巷作為留巷巷道，留巷寬×高=4.7m×3.5m。

2 切頂卸壓技術(shù)

采用雙向聚能爆破技術(shù)對1226工作面運輸巷進(jìn)行頂板切縫。該技術(shù)是炸藥放置于聚能裝置中，在進(jìn)行起爆作業(yè)時，炸藥的爆破力能夠在聚能裝置設(shè)定的方向上呈現(xiàn)出集中受力，而在非聚能方向上呈現(xiàn)出均勻受壓。當(dāng)爆破力在聚能方向上的拉應(yīng)力超出巖體自身的極限抗拉強度后，巖體便會沿著聚能爆破的方向進(jìn)行拉斷。

基于眾多沿空留巷切頂卸壓技術(shù)的研究及工程實踐[1-2]，知合理預(yù)裂切縫深度為：H縫≥2.6H煤。1226工作面所采煤層為2.85m，得出H縫=7.41m。具體預(yù)裂切縫的深度及角度的參數(shù)，通過下式進(jìn)行分析：

式中：

ΔH1-頂板下沉量，m；

ΔH2-底臌量，m；

k-巖體的碎脹系數(shù)，取為1.4。

當(dāng)將巷道頂?shù)装宓囊平亢雎圆挥嫊r，得出H縫=7.1m?？紤]到巖層厚度的變化情況，綜合確定H縫=7.5m。

依據(jù)所繪制1226工作面運輸巷側(cè)煤層覆巖分布，根據(jù)確定的切縫孔基準(zhǔn)線結(jié)合巷道頂板巖性分布對1226工作面進(jìn)行留巷工程區(qū)劃設(shè)計，將運輸巷劃分為A、B兩個分區(qū)。A區(qū)總共1042m，包括工作面端頭294m，靠近停采煤柱側(cè)718m，該區(qū)切頂高度10m；B區(qū)為剩余運輸巷的位置，總共550m，切頂高度11m，切縫孔距巷道回采側(cè)幫150mm，切縫面與鉛垂線夾角為15°，切縫孔間距初步設(shè)計為500mm。具體A、B分區(qū)如圖1所示。

圖1 運輸巷道切頂及錨索支護(hù)分區(qū)圖

為有效保障切頂卸壓技術(shù)的有效實施，通過試驗的方式確定聚能爆破鉆孔的封孔長度和裝藥量。根據(jù)理論和試驗結(jié)果得出，聚能爆破鉆孔的布置形式如圖2（a）所示。本次1226工作面運輸巷切頂卸壓聚能爆破作業(yè)時，特制聚能管型號為外徑×管長=42mm×1500mm，炸藥采用二級礦用乳化炸藥，炸藥藥卷規(guī)格為Φ32mm×200mm，聚能爆破鉆孔的封孔采用炮泥，設(shè)置封孔長度為2m。在現(xiàn)場具體實施聚能爆破切頂卸壓技術(shù)時，通過在爆破鉆孔內(nèi)部設(shè)定位置安設(shè)聚能管，然后按照圖2（b）的方式在單個爆破鉆孔內(nèi)進(jìn)行爆破作業(yè)。裝藥作業(yè)結(jié)束后，可進(jìn)行區(qū)域性的聚能爆破作業(yè)。

圖2 切頂雙向聚能爆破參數(shù)示意圖

3 沿空留巷方案

3.1 方案設(shè)計

（1）切頂方案設(shè)計

基于第二部分可知切頂恒阻錨索分為2個區(qū)進(jìn)行， A區(qū)切頂高度10m，B區(qū)切頂高度11m。切頂卸壓留巷段需進(jìn)行橫阻錨索加固，錨索長度一般比切頂高度長2m。但是在高于切頂線高度2m的范圍內(nèi)，錨索須錨固在穩(wěn)定的巖層中[3-4]，若沒有穩(wěn)定的錨固層，就需要改變錨索的錨固位置。在A、B兩個區(qū)中，A區(qū)錨索長度12m，B區(qū)錨索長度13m。

運輸和材料巷及開切眼的切縫孔距巷道回采側(cè)幫150mm，切縫面與鉛垂線夾角為15°，切縫孔間距初步設(shè)計為500mm，施工時至少超前工作面50m，具體距離根據(jù)爆破試驗確定。切縫鉆孔布置剖面圖如圖3所示。

圖3 A、B分區(qū)切頂卸壓示意圖

（2）恒阻大變形錨索設(shè)計

為保障恒阻大變形錨索在切頂留巷中起到重要的懸吊作用，充分地保障錨索的錨固端，在進(jìn)行恒阻錨索長度換算時，一般設(shè)計切縫高度H縫、超高2m及錨索外露長度0.3m之和為合理的恒阻大變形錨索的打設(shè)長度?？紤]到頂板巖層分布、巷道原有支護(hù)參數(shù)情況，恒阻錨索設(shè)計長度分別為12.0m（A區(qū)）、13.0m（B區(qū)），如圖3所示。若考慮外露長度，須在圖3的基礎(chǔ)上加0.3m，分別為12.3m（A區(qū)）、13.3m （B區(qū)），施工時至少超前工作面100m，具體根據(jù)礦壓顯現(xiàn)情況調(diào)整。

根據(jù)1226工作面運輸巷原有錨桿索的支護(hù)方式，并結(jié)合眾多切頂卸壓沿空留巷的工程實踐結(jié)果，確定錨索與頂板方向垂直布置。1226工作面運輸巷布設(shè)兩列恒阻大變形錨索，第一列恒阻錨索距切縫鉆孔400mm（距回采側(cè)煤幫550mm），排距1000mm；第二列中線偏實體煤側(cè)200mm，排距2000mm。相鄰錨索間用3mm×280mmW鋼帶連接，恒阻大變形錨索選用直徑為21.8mm的錨索，在錨索上安設(shè)的恒阻器其尺寸為：直徑×長度=85mm×450mm，設(shè)置錨索的預(yù)緊力大于25t，錨索恒阻器上的恒阻值設(shè)置為32t。

留巷段回采側(cè)的絞車硐室、材料硐室、排水等硐室以及切縫線至上幫之間的錨桿、錨索在回采前進(jìn)行退錨處理。硐室口及前后5m范圍內(nèi)對頂板加強支護(hù)，W鋼帶長2.5m，寬280mm，第一列切縫側(cè)錨索的槽鋼擴(kuò)3個孔，第二列錨索的W鋼帶擴(kuò)2個孔。

工作面超前0～30m：該段屬于超前支承壓力的峰值區(qū)域，該區(qū)域礦壓顯現(xiàn)會比較劇烈，需要采用有效的加強支護(hù)方案保障巷道圍巖穩(wěn)定。根據(jù)1226工作面回采巷道的具體地質(zhì)條件，確定采用一梁三柱進(jìn)行超前支護(hù)，棚距設(shè)置為800mm。具體如圖4（a）所示。

架后留巷臨時支護(hù)區(qū)（架后0～200m）：該區(qū)域的巷道圍巖由于采空區(qū)垮落矸石對頂板的摩擦作用，使得該段巷道會受到較大的動壓影響，進(jìn)而致使巷道頂板的壓力較為明顯。因此，在架后0～200m范圍內(nèi)，頂板需要臨時加強支護(hù)，該段采用門式鋼架進(jìn)行支護(hù)，如圖4（b）所示。

圖4 臨時支護(hù)結(jié)構(gòu)示意圖

3.2 效果分析

為分析1226工作面采用切頂卸壓沿空留巷技術(shù)的效果，在留巷內(nèi)每10m處布置一組巷道表面位移監(jiān)測站，通過十字布點法對巷道頂?shù)装寮皟蓭偷淖冃我?guī)律進(jìn)行研究分析。根據(jù)長期觀測能夠得出巷道表面移近量—滯后工作面距離曲線圖，如圖5所示。

根據(jù)圖5可知，留巷巷道頂?shù)装寮皟蓭妥冃嗡俾食尸F(xiàn)相同的變化趨勢。圍巖的變形量主要集中在滯后工作面0～100m，該階段巷道頂?shù)装寮皟蓭妥冃嗡俾示^大；在滯后工作面100m～200m區(qū)域內(nèi)，巷道頂?shù)装寮皟蓭偷淖冃嗡俾拭黠@降低，相對于頂?shù)装遄冃瘟?，兩幫變形量較小，最大變形量為80mm；在巷道滯后工作面距離大于200m時，巷道頂?shù)装寮皟蓭妥冃嗡俾室呀?jīng)很小，即能夠表明巷道圍巖在該階段基本達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，巷道的頂?shù)装遄畲笠平繛?00mm，兩幫最大移近量為118mm。

圖5 巷道掘進(jìn)期間圍巖變形量曲線圖

4 結(jié)論

根據(jù)1226綜采工作面的具體地質(zhì)條件，結(jié)合切頂卸壓技術(shù)的原理，確定將工作面劃分為A、B兩個分區(qū)，切頂高度分別為10m和11m，并分別設(shè)計12m和13m長的恒阻大變形錨索安設(shè)在切頂位置處，結(jié)合工作面具體特征對切頂卸壓沿空留巷方案進(jìn)行具體設(shè)計。根據(jù)礦壓監(jiān)測結(jié)果知，切頂卸壓沿空留巷技術(shù)實施后，留巷頂?shù)装遄畲笠平繛?00mm，兩幫最大移近量為 118mm，能夠保障巷道圍巖的穩(wěn)定。