回采工作面切頂卸壓無(wú)煤柱留巷技術(shù)研究

李廷敬

（汾西礦業(yè)高陽(yáng)煤礦， 山西 孝義 032300）

引言

近年來(lái)，雙向聚能爆破在礦井沿空留巷中逐漸得到推廣應(yīng)用，通過(guò)爆破后形成的切縫有效降低采空區(qū)覆巖移動(dòng)對(duì)巷道穩(wěn)定性影響，實(shí)現(xiàn)巷道圍巖穩(wěn)定[1-2]。眾多研究成果也為切頂卸壓留巷技術(shù)在礦井中應(yīng)用推廣創(chuàng)造良好條件[3-5]，其中：王亞飛[6]根據(jù)5-200 綜采工作地質(zhì)條件對(duì)從切頂卸壓留巷施工參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，留巷巷道圍巖變形得到有效控制；毛懷勇[7]以8820 工作面沿空留巷為工程背景，對(duì)切頂卸壓留巷技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況進(jìn)行詳細(xì)闡述。山西某礦生產(chǎn)由于受到地質(zhì)構(gòu)造、瓦斯等因素影響，巷道掘進(jìn)效率較低，生產(chǎn)過(guò)程中面臨的采掘接替矛盾較為突出。為此，礦井決定在1506 綜采工作面采用切頂卸壓無(wú)煤柱留巷技術(shù)，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用取得顯著效果。

1 某礦綜采1506 工作面概況

山西某礦1506 綜采工作面開(kāi)采5 號(hào)煤層厚1.5～1.8m，采面設(shè)計(jì)走向、傾向長(zhǎng)度分別為460m、118m，具體頂?shù)装鍘r性見(jiàn)表1。采面東側(cè)為圈定的1508采面（未采）、西側(cè)為1504 采空區(qū)，南側(cè)為采區(qū)邊界保護(hù)煤柱，北側(cè)為采區(qū)集中運(yùn)輸、回風(fēng)以及軌道巷。1506 綜采面內(nèi)煤層儲(chǔ)量為9.5 萬(wàn)t，1506 回風(fēng)巷為矩形斷面（寬3.8 m、高2.5 m），采用錨網(wǎng)索支護(hù)形式。

2 切頂卸壓留巷技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

切頂卸壓留巷需要對(duì)留設(shè)巷道頂板進(jìn)行預(yù)先爆破，當(dāng)采空區(qū)頂板垮落下沉后，頂板會(huì)沿著預(yù)先爆破產(chǎn)生的切縫垮落，從而降低覆巖移動(dòng)對(duì)留巷巷道影響，控制留巷巷道頂板穩(wěn)定。

2.1 切頂留巷工藝流程

在1506 回風(fēng)巷內(nèi)采用的切頂卸壓留巷技術(shù)工藝流程為：

表1 5 號(hào)煤層頂?shù)装鍘r性

1）通過(guò)在回風(fēng)巷頂板布置恒阻錨索提升頂板承載能力及穩(wěn)定性；

2）施工切頂卸壓爆破，從而在留巷邊緣頂板覆巖中形成切頂卸壓線；

3）在采動(dòng)影響顯著區(qū)域內(nèi)密集布置單體支柱降低采動(dòng)壓力對(duì)留巷巷道影響；

4）在留巷巷道采空區(qū)側(cè)采用單體、工字鋼以及金屬網(wǎng)制作檔桿墻，避免采空區(qū)矸石進(jìn)入巷道內(nèi)；

5）對(duì)于垮落不充分的區(qū)域采用注漿充填或者水泥背實(shí)，并在表層進(jìn)行噴漿降低采空區(qū)漏風(fēng)量。

2.2 切頂留巷支護(hù)設(shè)計(jì)

為了保證切頂卸壓留巷圍巖穩(wěn)定，在用恒阻錨索進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，采用的錨索規(guī)格為Φ21.8 mm×8 300 mm，間排距為1.6 m×2.4 m，采用3-3 布置方式，恒阻值35 t。切頂錨索與采面幫距離為0.6 m，使用的托盤(pán)規(guī)格為300 mm×300 mm×15 mm，預(yù)緊力在28 t 以上。頂支護(hù)錨桿為Φ18 mm×1 700 mm，間排距1.0 m×1.2 m，強(qiáng)化支護(hù)后的回風(fēng)巷支護(hù)斷面見(jiàn)下頁(yè)圖1。

2.3 切頂卸壓爆破

待對(duì)回風(fēng)巷提前進(jìn)行強(qiáng)化支護(hù)后，在超前回采工作面40～50 m 距離按照預(yù)先設(shè)定的切眼爆破孔施工。設(shè)計(jì)的切頂卸壓爆破孔深度在6.0 m，與巷道頂板水平夾角為75°，采用的雙向均能管（見(jiàn)下頁(yè)圖2）外、外徑分別為36 mm、42 mm，管長(zhǎng)1 500 mm。爆破孔間距為0.6 m，一次爆破4 個(gè)切頂卸壓孔。

圖1 強(qiáng)化支護(hù)后的回風(fēng)巷支護(hù)斷面

圖2 雙向均能管示意圖

2.4 來(lái)壓期間圍巖控制

為了確保采面來(lái)壓期間圍巖穩(wěn)定，避免采空區(qū)內(nèi)冒落矸石進(jìn)入到留巷巷道內(nèi)，用工字鋼（2 450 mm）、單體（DZ25-25/100）配合鋼筋網(wǎng)組成檔矸墻進(jìn)行支護(hù)。在采面后方0～40 m 范圍內(nèi)布置4 排單體，在靠近切縫線側(cè)密集布置2 排單體支柱，柱間距為0.6 m；在采空區(qū)后方40～70 m 范圍內(nèi)，回撤巷旁以及巷道中部各布置一排單體支柱。

在工字鋼背部布置Φ6 mm 鍍鋅鉛絲制作的鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)片大小為1.5 m×1.0 m，網(wǎng)孔規(guī)格為100 mm×100 mm。具體在切頂卸壓留巷不同位置支護(hù)情況見(jiàn)圖3。

圖3 切頂卸壓留巷不同位置支護(hù)情況

2.5 回采巷道超前支護(hù)

超前采面20 m 用單體、π 型梁對(duì)回采巷道超前支護(hù)，每排布置2 根單體，柱間距為1.0 m，最外側(cè)單體與巷幫間距為0.5 m，同時(shí)應(yīng)采取防倒、防掉技術(shù)措施。

3 切頂留巷效果分析

3.1 圍巖控制效果

根據(jù)設(shè)定的切頂卸壓爆破參數(shù)以及留巷支護(hù)參數(shù)，1506 回風(fēng)巷現(xiàn)已留巷超過(guò)400 m，采面后方采空區(qū)覆巖沿著預(yù)先爆破形成的切頂線垮落，對(duì)留巷圍巖影響較小。1506 回風(fēng)巷留巷段內(nèi)頂板保持較好的完整性。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，在采面后方25～30 m 范圍內(nèi)留巷巷道頂板最大下沉量為350 mm，巷幫變形量最大為480 mm，布置的單體支護(hù)工作阻力為38.2 MPa，為整個(gè)留巷過(guò)程中圍巖變形最大區(qū)域。從圍巖變形來(lái)看，1506 回風(fēng)巷采用切頂卸壓留巷后圍巖變形可以滿足后續(xù)巷道使用需要。

3.2 經(jīng)濟(jì)效益

若采用常規(guī)方式掘進(jìn)巷道時(shí)成本約為2 200 元/m，采用切頂卸壓無(wú)煤柱留巷方式時(shí)不僅可以回收12 m 護(hù)巷煤柱，而且可以緩解采面接替緊張問(wèn)題。僅從支護(hù)、掘進(jìn)以及資源回收方面來(lái)分析，就可為礦井多創(chuàng)造100 萬(wàn)元經(jīng)濟(jì)效益。

3.3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

在1506 回風(fēng)巷內(nèi)成功采用切頂卸壓留巷技術(shù)后，礦井每年可減少約6 000 m 新掘巷道工程量，多開(kāi)采約23 萬(wàn)t 煤炭。切頂卸壓留巷技術(shù)具有較為廣泛的推廣應(yīng)用前景。

4 結(jié)語(yǔ)

1）相對(duì)于傳統(tǒng)的留巷煤柱保護(hù)巷道模式，切頂卸壓沿空留巷后可以降低巷道掘進(jìn)工程量。就1506綜采工作面而言，煤炭開(kāi)采率提升約10.2%；同時(shí)切頂卸壓留巷后的巷道掘進(jìn)、支護(hù)費(fèi)用校普通的新掘巷道可以節(jié)省1 000 元/m 的成本，可以起到顯著的降本增效效果。

2）在實(shí)際的切頂卸壓留巷過(guò)程中，施工的爆破孔應(yīng)盡量布置在同一平面上，從而提升形成的切縫連貫性、留巷的圍巖穩(wěn)定性。