億欣煤業(yè)切頂卸壓沿空成巷技術(shù)研究

李豐廷

（晉煤集團(tuán)晉圣億欣煤業(yè)，山西 沁水 048200）

1 工程概況

億欣煤業(yè)XV1307 工作面開采15 號煤層，布置在一盤區(qū)東軌道大巷南側(cè)、XV1306 綜采工作面（已采）東側(cè)、XV2306 工作面（正在布置）西側(cè)，平均埋深200 m，平均煤厚2.2 m。工作面煤層結(jié)構(gòu)簡單，全區(qū)穩(wěn)定可采，平均傾角為7°，普氏系數(shù)為2～4。工作面直接頂為均厚16.4 m 的K2 石灰?guī)r，質(zhì)地堅(jiān)硬，厚層狀；基本頂為均厚2.7 m 的泥巖，質(zhì)地較軟，含較多植物碎片；直接底為均厚1.8 m的泥巖，含炭質(zhì)較多，質(zhì)地較軟。工作面采用傾斜長壁、一次采全高、全部垮落法處理采空區(qū)，后退式綜合機(jī)械化采煤法。

XV1214 巷作為XV1307 工作面的進(jìn)風(fēng)巷，斷面尺寸為5.2 m×2.5 m，其中108～680 m 范圍內(nèi)采用切頂卸壓自動(dòng)成巷無煤柱開采技術(shù)保留巷道，留作下一工作面（XV2306 工作面）的回采巷道。在實(shí)施切頂卸壓成巷工藝時(shí)，技術(shù)過程要求高，尤其是在頂板為堅(jiān)硬厚石灰?guī)r情況下，需要采取爆破切頂工藝，提高成巷率。

2 切頂卸壓沿空成巷機(jī)理分析

XV1307 工作面應(yīng)用切頂卸壓沿空成巷技術(shù)的本質(zhì)是在礦山壓力作用下將巷道采空區(qū)一側(cè)頂板沿采空區(qū)邊緣強(qiáng)制垮落，完整地保留原巷道，繼續(xù)服務(wù)下一工作面。如圖1，在爆破鉆孔作用下，沿切頂面會(huì)形成一定程度的破碎弱面，在上方采動(dòng)壓力和原巖應(yīng)力作用下，采空區(qū)頂板發(fā)生彎曲下沉，下沉到一定程度，就會(huì)沿切頂弱面發(fā)生斷裂。此時(shí)留巷順槽被較完整地保留下來，工作面由原來“一面兩巷”變成“一面一巷”，極大地提高了巷道使用效率，減少了煤柱資源浪費(fèi)。

XV1307 工作面的XV1214 巷道實(shí)施切頂卸壓沿空成巷，需要先提高預(yù)留巷道的整體支護(hù)強(qiáng)度，防止因?yàn)楸苹蝽敯迩袛嘣斐上锏榔扑榈那闆r；其次，需要切頂面爆破充分，預(yù)裂切頂高度和角度要能夠保證采空區(qū)頂板的斷裂下沉，實(shí)現(xiàn)整體拉斷，充分形成預(yù)留巷道巷幫的效果；最后，需要布置擋矸支護(hù)措施，保證巷道整體斷面完整性，實(shí)現(xiàn)巷道下工作面正常服務(wù)。

圖1 切頂卸壓沿空成巷原理

3 XV1214 巷道切頂卸壓成巷技術(shù)措施

3.1 恒阻錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)技術(shù)

XV1307 工作面的XV1214 巷在實(shí)施切頂爆破之前，需要增強(qiáng)巷道整體穩(wěn)定性，采用長恒阻錨索將巷道上方頂板進(jìn)行進(jìn)一步加固。恒阻錨索選用規(guī)格Ф21.8 mm×12 300 mm 的鋼絞線，恒阻值35 t，預(yù)緊力不小于28 t，恒阻器直徑為73 mm，恒阻器長度為500 mm，同一斷面內(nèi)分別布置3 排，如圖2。切頂側(cè)為第1 排，距巷幫600 mm，距切眼面400 mm，錨索間距1000 mm，垂直巷道頂板安設(shè)；第2 排錨索相距切頂側(cè)1600 mm，錨索間距為2000 mm，垂直于巷道頂板安設(shè)；第3 排錨索距切頂側(cè)3300 mm，錨索間距2000 mm，與豎直方向成15°斜向?qū)嶓w煤側(cè)安設(shè)。平托盤規(guī)格選用300 mm×300 mm×20 mm，同一排錨索用1 根3 m 的18#槽鋼連接。打眼前要先敲幫問頂，仔細(xì)檢查頂幫圍巖情況，找掉活矸、危巖，確認(rèn)安全后方可開始工作，錨索的位置要準(zhǔn)確，眼位誤差不得超過100 mm，眼向誤差不得大于2°。

圖2 恒阻錨索支護(hù)示意

3.2 切頂爆破方案設(shè)計(jì)

切頂爆破的切眼面設(shè)計(jì)距第1 排錨索400 mm處，與豎直方向成15°向采空區(qū)側(cè)，鉆孔鉆機(jī)采用專用切縫鉆機(jī)，采用雙向聚能爆破預(yù)裂技術(shù)?？紤]頂板巖性及1307 工作面采高影響，確定預(yù)裂切縫孔深度為10 m，炮眼直徑為52 mm。由于單孔起爆容易封泥堵孔造成切眼面裂隙貫通程度降低，在實(shí)驗(yàn)評估的基礎(chǔ)上采用4 連孔、間隔1 孔起爆，裝藥孔間距為500 mm，一次起爆8 個(gè)爆破孔，如圖3。雙向聚能管采用特制聚能PVC 管材加工而成，聚能管外徑40 mm，內(nèi)徑36.5 mm，管長1500 mm，采用二級煤礦乳化炸藥，規(guī)格為Φ32 mm×200 mm/卷。裝藥量為14 根藥卷，每孔6 根聚能管，封泥長度為1.0 m。聚能炮孔裝藥要從孔底聚能管開始連續(xù)裝藥，引線逐次穿過聚能管，每個(gè)聚能管設(shè)置一個(gè)雷管，未裝藥聚能管不需要雷管。

圖3 切頂爆破方案設(shè)計(jì)

3.3 巷道臨時(shí)支護(hù)方案

工作面推進(jìn)過程中，不同位置巷道受采動(dòng)影響不同。工作面超前段會(huì)受到超前壓力的影響。工作面開采后，頂板開采垮落，且從垮落到穩(wěn)定需要一定的時(shí)間，因此距工作面較近的架后區(qū)域不僅需要進(jìn)行頂板支護(hù)，還需進(jìn)行擋矸支護(hù)。隨著工作面繼續(xù)推進(jìn)，當(dāng)巷道距工作面較遠(yuǎn)時(shí)，頂板運(yùn)動(dòng)基本會(huì)趨于穩(wěn)定，此時(shí)可將架后臨時(shí)支護(hù)的設(shè)備撤掉，只進(jìn)行擋矸支護(hù)即可。根據(jù)以往現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，將工作面附近劃分為三個(gè)區(qū)：超前支護(hù)區(qū)（工作面前方30 m）、超后臨時(shí)支護(hù)區(qū)（架后0～200 m）、成巷穩(wěn)定區(qū)（架后200 m 之后）。不同分區(qū)根據(jù)需要采取不同的支護(hù)措施。

（1）超前支護(hù)區(qū)。此區(qū)域處在工作面超前支承應(yīng)力影響區(qū)范圍內(nèi)，頂板受壓較大，加強(qiáng)支護(hù)方式采用單體液壓支柱，間排距1200 mm×1000 mm，每排兩根。

（2）臨時(shí)支護(hù)區(qū)。此區(qū)域巷道位于工作面后方壓力影響區(qū)，受采空區(qū)動(dòng)壓影響，頂板垮落巖石容易涌入巷道，此時(shí)在控制上方頂板下沉的同時(shí)還需阻止矸石進(jìn)入。臨時(shí)支護(hù)采用單體液壓支柱+π型鋼梁和單體液壓支柱+29U 型鋼可縮支架+鋼筋網(wǎng)進(jìn)行擋矸支護(hù)。單體液壓支柱布置在巷道中部和切縫邊緣，巷道中部單體間距為1000 mm，切縫邊緣單體間距為500 mm，U 型鋼與切縫邊緣單體交替布置，兩者相距250 mm，鋼筋網(wǎng)尺寸為1000 mm×2000 mm，搭接長度不小于200 mm。

（3）成巷穩(wěn)定區(qū)。此區(qū)域巷道頂板已全部切落，圍巖變形也趨于穩(wěn)定，可以將先前單體液壓支柱、π 型鋼梁和U 型鋼支架進(jìn)行逐漸撤回，直至僅采取常規(guī)錨桿索支護(hù)。

3.4 工程應(yīng)用效果

按照XV1307 工作面巷道切頂卸壓沿空成巷實(shí)施方案，在XV1214 巷進(jìn)行了工業(yè)性試驗(yàn)，需要對巷道表面變形情況和頂板受力情況進(jìn)行監(jiān)測分析。在沿空留巷600 m 范圍內(nèi)設(shè)置6 個(gè)測站，每個(gè)測站間隔100 m，每個(gè)測站中布置一套位移監(jiān)測儀和2套恒阻錨索受力監(jiān)測儀。選取測站位置為400 m 位置處的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，錨索監(jiān)測曲線如圖4。工作面超前支承應(yīng)力影響范圍在20 m 左右，工作面后方30 m 左右時(shí)錨索受力穩(wěn)定在90 MPa 附近，表明頂板已切落卸壓，繼續(xù)保持穩(wěn)定。對巷道圍巖變形而言，工作面推過400 m 位置后，在后方50 m范圍內(nèi)的巷道變形速率最大，此時(shí)為卸壓后巷道急劇變形期，后方80～100 m 范圍的變形速率逐漸趨于穩(wěn)定，150 m 之后巷道變形速率小于1 mm/d，穩(wěn)定后的巷道頂?shù)装逡平吭?75 mm，兩幫移近量在200 mm，占巷道斷面的尺寸比例小，完全能夠滿足下工作面服務(wù)要求。

圖4 錨索受力監(jiān)測曲線

4 結(jié) 論

億欣煤業(yè)XV1307 工作面切頂卸壓沿空留巷能夠使工作面由“一面兩巷”轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙幻嬉幌铩?，能夠有效緩解礦井采掘接續(xù)緊張的問題。在分析XV1214 巷道切頂成巷機(jī)理的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了恒阻錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)方案，并針對切頂爆破參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，同時(shí)針對不同受力區(qū)域確定了不同支護(hù)側(cè)重點(diǎn)。工程實(shí)踐表明，巷道表面變形量在可控范圍內(nèi)，恒阻錨索受力在留巷期間較穩(wěn)定，沿空巷道能夠滿足工作面服務(wù)要求。