切頂卸壓沿空留巷無煤柱開采技術(shù)的應(yīng)用

常利軍

【摘 要】 文章針對某高瓦斯“U”型通風(fēng)礦井煤炭回采率低、上隅角瓦斯超限和“抽掘采”銜接緊張等問題，基于對工作面現(xiàn)場實(shí)際情況調(diào)查研究，提出了切頂卸壓沿空留巷無煤柱開采技術(shù)方案。北七2#煤盤區(qū)采用切頂卸壓沿空留巷技術(shù)留巷215m范圍內(nèi)，巷道頂?shù)装搴蛢蓭拖鄬σ平孔畲笾捣謩e為365.12mm和462.14mm，巷道圍巖變形在允許范圍內(nèi)，滿足下一工作面復(fù)用要求;且使整個盤區(qū)巷道掘進(jìn)量減少3萬m，原煤回采量增加180萬t，極大緩解了該礦“抽掘采”銜接緊張局面，提高了煤炭資源回采利用率。

【關(guān)鍵詞】 沿空留巷;切頂卸壓;無煤柱開采;巷道支護(hù)

【中圖分類號】 TD322 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】 A

【文章編號】 2096-4102（2020）05-0026-03

切頂卸壓沿空留巷無煤柱開采技術(shù)憑借巷道掘進(jìn)量低和資源回采率高等優(yōu)勢，在國內(nèi)各大礦區(qū)的應(yīng)用日益廣泛，也日益成為學(xué)者專家研究的焦點(diǎn)。張勇等基于對巖性、支護(hù)方式和切頂爆破參數(shù)等分析，提出了中厚煤層復(fù)合頂板切頂卸壓無煤柱開采方案及參數(shù)，為工作面安全高效開采提供了技術(shù)保障。李永元基于9301工作面實(shí)際工程地質(zhì)條件，提出了9301運(yùn)輸巷切頂卸壓自動成巷無煤柱開采技術(shù)方案，有效解決了工作面采掘接替緊張問題。趙恩祺等基于對薄煤層留巷圍巖變形的分析，提出了薄煤層切頂卸壓沿空留巷及圍巖控制方案。上述研究極大促進(jìn)了切頂卸壓沿空留巷無煤柱開采技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，為類似工程地質(zhì)條件工作面開采提供了寶貴技術(shù)借鑒。

本文基于上述研究成果，針對某高瓦斯“U”型通風(fēng)礦井煤炭回采率低、上隅角瓦斯超限和“抽掘采”銜接緊張的問題，提出了切頂卸壓沿空留巷無煤柱開采技術(shù)方案對62711工作面進(jìn)行回采，有效解決了工作面“抽掘采”銜接緊張局面，提高了煤炭資源回采利用率。

1工程概況

某高瓦斯礦井62711工作面為北七2#煤盤區(qū)首采工作面，工作面埋深435-687m。2#煤層直接頂為細(xì)粒砂巖，厚度為4.20～5.54m，均厚5.12m;老頂為砂質(zhì)泥巖，均厚2.62m;直接底為砂質(zhì)泥巖，均厚1.80m;老底為炭質(zhì)泥巖，均厚2.13m。回采走向長度為1761m，切眼長216m。采用走向長壁后退式綜合機(jī)械化采煤法，全部垮落法管理頂板。62711工作面布置情況如圖1所示。

2切頂卸壓無煤柱沿空留巷基本原理

切頂卸壓無煤柱沿空留巷是指通過定向頂板切縫技術(shù)將巷道采空區(qū)側(cè)頂板在周期來壓作用下沿切縫切斷，并使切落的頂板隨支架移動而及時垮落充填采空區(qū)，形成對上覆巖層的支撐結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到縮短頂板懸臂長度、優(yōu)化頂板結(jié)構(gòu)、減小巷道圍巖壓力的目的，使得巷道得以保留并在下一工作面回采時復(fù)用。切頂卸壓無煤柱沿空留巷基本原理如圖2所示。

3切頂卸壓無煤柱沿空留巷方案

3.1恒阻大變形錨索超前支護(hù)

采用恒阻大變形錨索對62711軌道巷進(jìn)行超前支護(hù)。恒阻大變形錨索垂直于頂板方向布置，共布設(shè)3列，第一列、第二列和第三列恒阻大變形錨索距巷道右?guī)途嚯x分別為400mm、1400mm和3100mm。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）。恒阻大變形錨索直徑取為21.6mm，長度取為8300mm，恒阻器長500mm，直徑79mm，恒阻值為33±2t，預(yù)緊力不小于28t。62711軌道巷恒阻大變形錨索支護(hù)如圖3所示。

3.2頂板預(yù)裂切縫參數(shù)設(shè)計

根據(jù)巖石碎脹特性，通常對采空區(qū)側(cè)巷道頂板進(jìn)行預(yù)裂切縫爆破，使得爆破切落的巖石對頂板形成一定程度的支撐，從而實(shí)現(xiàn)改善留巷應(yīng)力環(huán)境的目的?；陬愃频V井施工經(jīng)驗，并結(jié)合62711工作面實(shí)際工程地質(zhì)條件，將切頂炮孔長度設(shè)計為6000mm，切頂高度為5800mm，切線與水平方向夾角為75°，炮孔間距為500mm。切頂炮孔布置如圖4所示。

此外，頂板預(yù)裂切縫爆破施工時采用雙向聚能爆破預(yù)裂技術(shù)，雙向聚能管外徑為42mm，內(nèi)徑為36.5mm，管長1500mm。根據(jù)現(xiàn)場多次多種裝藥觀測，最終確認(rèn)4連孔爆破，每5孔為一組，4連孔裝藥，一孔觀測。裝藥孔每孔裝3根聚能管，采用3+3+1的裝藥方式，封孔長度為2m。切頂炮孔裝藥結(jié)構(gòu)如圖4所示。

3.3留巷段支護(hù)及擋矸設(shè)計

為了有效降低62711軌道巷采空區(qū)側(cè)頂板因受切落頂板的擠壓和摩擦變形，在62711工作面推進(jìn)過后，對工作面后方100m范圍內(nèi)沿空巷道頂板采用“一梁三柱”的方式進(jìn)行后部頂板主動支護(hù)，3根同排單體支柱距切線距離分別為200mm、900mm和1900mm。此外，在采空區(qū)側(cè)單體支柱間鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)和工字鋼，以防止采空區(qū)矸石進(jìn)入沿空巷道內(nèi)部。在工作面后方成巷區(qū)段壓力穩(wěn)定后，及時回撤單體支柱。留巷段支護(hù)及擋矸設(shè)計如圖3所示。

4應(yīng)用效果

為了掌握切頂卸壓沿空留巷無煤柱開采技術(shù)在62711工作面使用效果，對62711工作面推進(jìn)215m范圍內(nèi)62711軌道巷圍巖變形進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果如圖5所示。由圖5可知，留巷215m范圍內(nèi)巷道頂?shù)装逑鄬σ平孔畲笾禐?65.12mm，兩幫相對移近量最大值462.14mm。巷道圍巖變形在允許范圍內(nèi)，整體穩(wěn)定性較高，在下一工作面回來時滿足復(fù)用要求。62711工作面沿空留巷無煤柱開采現(xiàn)場留巷如圖6所示。

5結(jié)語

基于62711工作面實(shí)際工程地質(zhì)條件和切頂卸壓無煤柱沿空留巷基本原理，提出了切頂卸壓沿空留巷無煤柱開采技術(shù)方案，并對恒阻大變形錨索超前支護(hù)參數(shù)、頂板預(yù)裂切縫參數(shù)和留巷段支護(hù)及擋矸進(jìn)行設(shè)計?，F(xiàn)場應(yīng)用實(shí)測結(jié)果表明：采用切頂卸壓沿空留巷無煤柱開采技術(shù)后，62711工作面推進(jìn)215m范圍內(nèi)沿空留巷頂板最大下沉量為365mm，兩幫最大移近量為462mm，滿足下一工作面復(fù)用要求，極大緩解了該礦“抽掘采”銜接緊張局面，提高了煤炭資源回采利用率。

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