切頂卸壓無煤柱自成巷關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用

范曉龍

（汾西礦業(yè)集團公司，山西 介休 032000）

1 工作面概況

曙光煤礦1226 綜采工作面位于一采區(qū)西翼，東鄰集中軌道巷，西至一采區(qū)邊界，南為尚未開采的1224 綜采工作面，北為尚未開采的1228 綜采工作面（現(xiàn)階段1228 工作面已基本貫通）。該綜采工作面為110 工法試驗工作面，高瓦斯礦井，絕對涌出量為14.59 m3/min，煤塵有爆炸危險性，自燃傾向性等級為Ⅱ類。所采煤層屬于二疊系下統(tǒng)山西組2#煤，工作面平均埋深為524 m，煤層厚度為2.6～3.6 m，平均厚度3.2 m。煤層有0.3 m 的炭質(zhì)泥巖偽頂，直接頂為4.4 m 的粉砂質(zhì)泥巖，基本頂為5.7 m 的細(xì)砂巖，直接底為1.2 m 的粉砂巖，基本底為3.8 m 的砂質(zhì)泥巖。工作面傾向長度為176 m，走向長度1650 m，可采長度（切頂留巷）1390 m。工作面布置如圖1。

圖1 1226 工作面示意圖

2 切頂卸壓技術(shù)參數(shù)

切頂卸壓無煤柱開采關(guān)鍵技術(shù)主要包括切頂孔參數(shù)設(shè)計、恒阻錨索設(shè)計、爆破參數(shù)設(shè)計、擋矸支護設(shè)計等，具體為：恒阻錨索支護區(qū)、工作面超前支護區(qū)、端頭支護區(qū)、架后臨時支護區(qū)、成巷穩(wěn)定區(qū)的支護方式，以及支護材料及相關(guān)的技術(shù)參數(shù)，切縫孔、爆破方式的技術(shù)參數(shù)，擋矸、防漏風(fēng)的詳細(xì)方案及所有工序的施工工藝及設(shè)備、器具。

（1）切頂預(yù)裂爆破孔。采用雙向聚能爆破預(yù)裂技術(shù)，將特定規(guī)格的炸藥裝在兩個設(shè)定方向（平行于巷道中心）有聚能效應(yīng)的聚能裝置中。根據(jù)以往切頂卸壓沿空留巷經(jīng)驗，合理預(yù)裂切縫深度（H縫）設(shè)計一般大于2.6 倍采高，即H縫≥2.6H采高。工作面采高H煤為2.85 m 時，計算得預(yù)裂切縫孔深度設(shè)計為7.5 m，切縫孔距巷道回采側(cè)幫0.15 m，切縫面與鉛垂線夾角為15°。按照所繪制1226 工作面運輸巷側(cè)煤層及上覆巖層厚度圖及確定的切縫孔基準(zhǔn)線，結(jié)合巷道頂板巖性對1226 工作面運巷進行分區(qū)設(shè)計，孔深11 m，孔徑0.05 m，孔距0.5 m，距回采幫0.15 m，與垂直方向夾角為15°。1226工作面布置圖如圖2。

圖2 1226 工作面布置圖

（2）恒阻錨索。在對巷道頂板進行預(yù)裂切頂前采用恒阻大變形錨索補強加固。為使恒阻錨索在留巷的過程中發(fā)揮較好的懸吊作用，結(jié)合頂板巖層分布、巷道原有支護參數(shù)情況，恒阻錨索設(shè)計長度13.3 m、直徑21.8 mm，第一列距切縫鉆孔400 mm（距回采幫550 mm），排距1000 mm；第二列距巷道中心線200 mm（距回采幫2550 mm），排距2000 mm；頂板破碎需加強支護時，可打設(shè)第三列恒阻錨索，第三列距實體煤柱幫950 mm（距回采幫4550 mm），排距2.0 m。相鄰錨索之間采用2500 mm×4.5 mm×280 mm 型W 鋼帶連接（平行于巷道走向）。恒阻錨索布置如圖3。

圖3 恒阻錨索布置圖

（3）裝藥方式。采用3-3-2-3-2-1 裝藥方式，共14 個藥卷，每孔裝藥量共計2.8 kg，雷管6 發(fā)，聚能管6 根（6 根×1.5 m），封泥長度2 m，采用6 孔連續(xù)爆破的方式。在保證恒阻大變形錨索超前加固≥100 m 的前提下，按照工作面推進方向，對巷道頂板進行爆破預(yù)裂切縫，形成切頂卸壓預(yù)裂切縫面，一次性在整個巷道完成爆破預(yù)裂切縫工作。裝藥方式如圖4。

圖4 裝藥方式示意圖

（4）超前支護區(qū)方式（工作面前方0～50 m）。超前支護采用DW35—250/100X 單體支柱配合π型鋼梁進行支護，棚間距0.8 m，超前支護長度80 m，采用“一梁三柱”進行支護。

（5）端頭支護方式。機頭端頭采用DZ-35 型單體液壓支柱配合4.5 m 長的π 型鋼梁，按照“四對八梁”錯梁齊柱、邁步布置，轉(zhuǎn)載機與煤柱側(cè)根據(jù)現(xiàn)場情況采取邁步梁或帶帽點柱進行支護，點柱柱距0.8 m。在邁步梁后根據(jù)與門式支架的距離合理布置1～2 組一梁兩柱。

（6）架后臨時支護（工作面煤壁0～300 m 段）。采用DW35-250/100X 懸浮支柱配合π 型鋼梁+ U型，“一梁四柱”進行架后支護，平行于工作面順巷道往外布置，棚距為0.8 m（±0.1 m）。每架π型鋼梁分別在距π 型鋼梁兩端各0.15 m 處支設(shè)單體柱，擋矸側(cè)第二列單體柱距第一列單體柱0.75 m，第二列與第三列單體柱間距為1.95 m，第三列與第四列單體柱間距為0.95 m，所有單體柱要掛好防倒鏈且支柱直線度符合要求。物料運輸采用單軌吊運輸，擋矸側(cè)采用鋼筋網(wǎng)+風(fēng)筒布+可伸縮U 型鋼+單體液壓支柱進行聯(lián)合擋矸支護。可伸縮U 型鋼排距500 mm。

（7）成巷區(qū)擋矸支護設(shè)計。為了防止采空區(qū)的矸石躥入及漏風(fēng)，在機頭第一個支架靠巷道側(cè)采用鋼筋網(wǎng)、風(fēng)筒布和可伸縮U 型鋼進行聯(lián)合擋矸支護。鋪設(shè)風(fēng)筒（L=4 m）布上下各超出300 mm，超出部分折向工作面，風(fēng)筒上部、中部搭接區(qū)域均使用聯(lián)網(wǎng)絲予以聯(lián)接，要求固定牢靠。鋼筋網(wǎng)采用尺寸規(guī)格2150 mm×1000 mm，網(wǎng)格100 mm×100 mm，并與頂板金屬網(wǎng)搭接，搭接長度不小于100 mm，聯(lián)網(wǎng)間距不大于100 mm，鋼筋網(wǎng)中部搭接800 mm。可伸縮U 型鋼采用上下兩節(jié)可縮性搭接，U 型鋼長2.5 m（可根據(jù)巷道高度適當(dāng)調(diào)整），采用兩副卡蘭連接，卡蘭上下沿距U 型鋼搭接端頭各150 mm，搭接長度不小于1 m，U 型鋼棚插入底板下不得少于300 mm，插入頂板不得少于250 mm，U 型鋼支設(shè)間距0.5 m。

（8）成巷穩(wěn)定區(qū)支護設(shè)計。根據(jù)礦壓觀測結(jié)果和分析報告，當(dāng)頂?shù)装逡平考绊敯邋^索受力趨于穩(wěn)定時，可認(rèn)為該區(qū)域頂板已趨于穩(wěn)定，隔架撤架將臨時支護回撤，隨工作面推進將逐步全部回撤進行循環(huán)使用，并采用礦用高分子材料對留巷側(cè)進行噴漿封堵。

（9）成巷擋矸側(cè)封堵設(shè)計。待頂板垮落全部穩(wěn)定后，對垮落不充分的地方進行填充，維修巷道形狀確保滿足各系統(tǒng)的要求，并根據(jù)瓦斯監(jiān)測及通風(fēng)風(fēng)量監(jiān)測情況，可在擋矸側(cè)噴高分子材料處理，必要時采取復(fù)噴。

3 關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)及改進空間

（1）基礎(chǔ)資料方面。要求每隔30～50 m 對頂板上覆圍巖賦存情況進行探測，并繪制巖層厚度圖，為準(zhǔn)確差異化設(shè)計切孔深度和恒阻錨索長度提供依據(jù)，并及時調(diào)整爆破參數(shù)。

（2）切縫孔參數(shù)的確定?？咨畹拇_定主要是根據(jù)工作面的綜合柱狀圖及巖石的碎脹性進行確定，確保切頂后頂板破碎碎脹后充填滿采空區(qū)，且將關(guān)鍵層切斷，如果充填不滿或切不斷關(guān)鍵層，將再次造成頂板懸頂、垮落，帶來礦壓進一步增大。根據(jù)以往切頂卸壓沿空留巷工作面的經(jīng)驗，合理預(yù)裂切縫深度（H縫）設(shè)計一般大于2.5 倍采高，切縫孔盡量靠近采空區(qū)側(cè)夾角處，且保證沿順槽走線在一條直線上，與鉛垂線夾角為15°。

（3）孔距的確定。該工藝推廣以來，孔距基本上選取500 mm，不同的工作面根據(jù)不同的頂板圍巖力學(xué)性質(zhì)，可以探索孔距與其循環(huán)進度一致，如果切不通可以考慮增大孔徑、炸藥直徑達(dá)到效果。

（4）爆破參數(shù)的確定。首先要在切眼內(nèi)進行試驗，對多種爆破參數(shù)的爆破效果進行驗證，對切縫孔爆破后的效果進行窺視，根據(jù)窺視切縫情況及時調(diào)整裝藥參數(shù)、結(jié)構(gòu)，選取合適的參數(shù)。其次，考慮切縫孔深度達(dá)到10 m 及以上的封泥長度，要求不得小于孔深的1/3。

（5）恒阻力錨索支護區(qū)支護?？梢耘浜献{錨索、預(yù)注漿支護加固技術(shù)，進一步提高頂板的整體性。

（6）預(yù)裂切縫爆破效果的監(jiān)測。以上技術(shù)參數(shù)要根據(jù)運輸巷頂板探測的巖性、厚度等情況，根據(jù)施工經(jīng)驗以及多種裝藥方式爆破后窺視情況合理調(diào)整參數(shù)，確保形成切頂卸壓預(yù)裂切縫線，孔內(nèi)有明顯的均勻貫穿裂縫，要求成縫率達(dá)到81%～90%。本次試驗的預(yù)裂切縫爆破效果如圖5。

圖5 預(yù)裂切縫爆破效果展示圖

（7）留巷內(nèi)擋矸棚支護。為了保證擋矸棚的穩(wěn)定，將擋矸棚的兩節(jié)U 型腿插入地板內(nèi)，可以采用上、下分別焊接圓鋼插入頂、底板。擋矸棚的U型腿示意圖如圖6。

圖6 擋矸棚的U 型腿示意圖

4 結(jié) 語

曙光煤礦通過采用斷頂沿空留巷工藝，緩解了采掘銜接緊張的局面，切頂卸壓后，工作面的周期壓力和巷道內(nèi)的壓力得到減小，現(xiàn)留巷已服務(wù)于1228 工作面回采，為曙光煤礦提供了一套安全高效的開采模式。