2414 工作面切頂卸壓無煤柱留巷技術研究

于靜波

（新汶礦業(yè)集團有限責任公司孫村煤礦，山東 新泰 271219）

隨著開采強度的增加，傳統(tǒng)長壁一面兩巷留煤柱開采方式所造成的煤炭回收率低、采掘比高、資源浪費的問題日益突出。同時，工作面沿空巷道受動壓影響而引起的巷道圍巖大變形、頂板塌方、沖擊地壓以及煤與瓦斯突出等工程災害也日趨嚴重，占到所有災害70%左右。解決上述問題的關鍵在于切斷頂板應力傳遞，消除誘發(fā)工程災害的應力來源。為此，工作面切頂卸壓沿空成巷無煤柱開采方法[1-6]應運而生。

工作面切頂卸壓沿空成巷無煤柱開采方法在工作面煤層回采前，在回采巷道邊緣將要形成的采空區(qū)側頂板切一條縫形成一個面，待工作面煤層回采后，在礦山壓力作用下，頂板沿切縫自動切落形成巷道的一個墻壁，既隔離采空區(qū)又保持該巷道的完整性，從而將自動形成的巷道作為下一個工作面的運輸巷使用。孫村煤礦為了減少巷道掘進量，從根本上扭轉采掘銜接緊張的局面，而降低礦井掘進率，決定在2414 工作面的軌道巷采取沿空留巷技術，使該留巷能為2413 綜采工作面服務。

1 工程概況

孫村煤礦2414 回采工作面走向長度1435 m，傾向長度118 m，開采4 煤層，煤層厚度2.2～3.5 m，煤層傾角1°～3°。2414 工作面軌道巷為錨桿、錨索聯(lián)合支護矩形巷道，凈寬4.5 m，凈高2.8 m?；谥悄芑V井建設的要求，該工作面的開采按“智能平臺集控化、云端網絡數(shù)據(jù)化、采煤裝備智能化、掘進裝備快速化、輔助設施自動化”的標準進行建設。

在2414 工作面軌道巷頂?shù)装逦恢眠M行打鉆取芯，對試樣進行物理力學參數(shù)測試，結果見表1。

2414 工作面4#煤頂?shù)装迩闆r：偽頂炭質泥巖，厚0.3 m；直接頂中粒砂巖，厚2.8 m，灰黑色，質地細膩，見多層菱鐵礦結核和少量橢球狀菱鐵礦結核，斷口平坦狀；基本頂粉砂巖，厚度約2.5 m，淺灰～灰色；直接底砂質泥巖，厚 3.7 m， 灰黑色，含大量星散狀黃鐵礦和植物化石。從表1 測試數(shù)據(jù)可知，4#煤層的強度偏低，但是該煤層直接頂、直接底以及基本頂?shù)膹姸日w較高。

表1 2414 工作面軌道巷頂?shù)装鍑鷰r賦存情況及力學參數(shù)

該工作面地質條件局部復雜，斷層發(fā)育，工作面回采過程中共揭露19 條小斷層。其中有8 條斷層對軌道巷圍巖穩(wěn)定性影響較大，分別為正斷層F1、正斷層F3、正斷層F5、正斷層F7、正斷層F9、正斷層F10、正斷層F11、正斷層F13。

2 沿空留巷方案設計

2.1 巷內支護設計

在2414 工作面軌道巷頂板布設3 列恒阻大變形錨索進行補強加固，從而控制頂板下沉，來實現(xiàn)巷道的非對稱性補強支護目的。

第一列恒阻錨索布置：切縫側排距1000 mm，距巷幫50 mm，垂直于頂板方向布置，施工時加設W 鋼帶；

第二列恒阻錨索布置：巷中排距1500 mm，與水平豎直方向布置；

第三列恒阻錨索布置：實體煤側排距3000 mm，距實體煤幫500 mm，與鉛垂線夾角10°方向布置。

恒阻大變形錨索直徑為Ф21.8 mm，根據(jù)現(xiàn)場實況，錨索長度12 300 mm；恒阻器Ф65±3 mm，恒阻值為33 t±2 t，恒阻器長500 mm，恒阻錨索排距為2000 mm，每排 1 根；錨索與巷道頂板垂直，預緊力不小于28 t。在2414 工作面軌道巷回采期間，根據(jù)巷道圍巖結構形態(tài)采用單體液壓支柱+花邊梁進行臨時支護[6]。2414 工作面軌道巷內支護斷面如圖1。

圖1 2414 工作面巷道內支護斷面示意圖

2.2 巷旁支護設計

在開采過程中，為防止2414 工作面軌道巷采空區(qū)垮落矸石滾落下滑對擋矸結構造成較大的破壞，在架后6 m 區(qū)域內設置自移式擋矸板進行有效防沖擊支護，其后采用可縮性25U 型鋼+單體液壓支柱進行支護。采用一梁四柱，靠近切縫側單體液壓支柱間距為800 mm，另一側單體液壓支柱間距為1600 mm，梁排距為1000 mm。兩可縮性25U 型鋼之間增加連桿，同時距擋矸側25U 型鋼100 mm巷內布設單體液壓支柱一列，排距500 mm，距原切縫側單體液壓支柱100 mm 巷內布設單體液壓支柱一列，排距1000 mm。

2.3 頂板預裂爆破施工工藝方案

針對2414 工作面沿煤層頂板堅硬不易垮落的情況，對該工作面軌道巷沿空留巷在頂板預裂爆破施工。采用超前爆破預裂方法調整基本頂巖層破斷形態(tài)。

超前工作面每隔25 m 施工一個鉆場，在每個鉆場內施工2 組爆破鉆孔，每組含3 個鉆孔并呈扇形布置，與工作面走向成2°～10°施工，炮孔孔底距離工作面10～20 m 時裝藥爆破。

鉆孔施工選用SGZ ⅢA-150 型鉆機，鉆頭直徑75 mm。采用煤礦三級安全水膠炸藥，藥卷規(guī)格為直徑60 mm，長1000 mm，封孔長度均為10 m。

3 留巷效果

采用切頂卸壓沿空留巷無煤柱開采技術對2414工作面進行了回采，當前已回采并成功成巷800 m。對軌道巷進行保留后，采用切頂卸壓自動成巷PU監(jiān)測系統(tǒng)進行在線監(jiān)測。監(jiān)測數(shù)據(jù)表明：沿空留巷段巷道頂板整體變形較小，留巷穩(wěn)定后，切縫側巷道頂板最大下沉量為483 mm，實煤體側頂板下沉量112.3 mm，底鼓最大值為48 mm。工作面巷道圍巖穩(wěn)定性較高，留巷效果較好，可以滿足下一個2413 工作面的回采生產需求。