朱家店煤礦近距離煤層沿空留巷開采技術(shù)研究

＊劉澤兵

（山西離柳焦煤集團 山西 033000）

煤炭資源作為我國能源主體，綠色持續(xù)開采更符合當今形式，沿空留巷技術(shù)開采過程中很好的節(jié)約了資源。針對該技術(shù)大量學(xué)者做了深入研究，對沿空留巷布置過程中覆巖變化規(guī)律、巷道變形情況、巷道支護方式等多個方面做了深入研究。蔡明華以涼水井煤礦為研究背景，綜合運用理論計算，數(shù)值模擬和現(xiàn)場試驗的方法，對薄煤層堅硬頂板地質(zhì)條件下沿空留巷技術(shù)進行了研究，確定了該類地質(zhì)條件下工作面回采時相關(guān)設(shè)備選型配套。謝小平等運用理論分析與現(xiàn)場測試等方法，基于切頂卸壓爆破技術(shù)原理，對傾斜薄煤層沿空留巷圍巖控制的問題，提出了采用切頂卸壓爆破沿空留巷技術(shù)，確定了相關(guān)參數(shù)。劉國慶等以涼水井煤礦431301工作面為工程背景，分析了沿空留巷切頂卸壓機制和D型聚能管切縫機理，對沿空留巷切頂卸壓技術(shù)進行研究，最終確定了合理的爆破參數(shù)。金聲堯等為了研究上保護層采空條件下“三軟”煤層綜合機械化放頂煤開采沿空留巷圍巖變形特征，運用FLAC3D軟件對該復(fù)雜條件下沿空留巷圍巖應(yīng)力分布情況進行模擬，并采用理論分析的方法闡述了沿空留巷圍巖變形3個階段內(nèi)應(yīng)力的變化規(guī)律。

通過現(xiàn)有文獻研究分析，筆者在已有研究基礎(chǔ)上針對朱家店煤礦4號近距離煤層沿空留巷布置技術(shù)進行研究，確定了該煤層回采過程中沿空留巷布置方式。

1.工程概況

朱家店煤礦位于山西省呂梁市中陽縣金羅鎮(zhèn)，生產(chǎn)規(guī)模為120萬t/a，井田南北走向長約4.5km，東西傾斜寬約3.1～4.6km。其中4號煤層為薄煤層，傾角為2～7°。

0403-Ⅰ工作面為0406工作面的接續(xù)工作面，0403-Ⅰ工作面設(shè)計推進長度為400m，工作面長度為100m。0403-Ⅰ軌道順槽設(shè)計斷面形狀為矩形，凈寬5m，凈高2.5m，凈斷面積12.5m2。0403-Ⅰ工作面布置圖如圖1所示。

圖1 0403-Ⅰ工作面布置圖

2.工作面頂板巖性窺視分析

根據(jù)現(xiàn)場工程地質(zhì)條件，在試驗工作面留巷段巷道即0403-Ⅰ軌道順槽布置了2個原位測點，測點1距回風(fēng)巷100m，測點2和測點1相距200m，開孔位置位于巷道頂板中間位置，垂直頂板施工鉆孔。

利用礦用本安型鉆孔成像儀于2021年1月21日分別對兩個鉆孔進行窺視成像利用成像儀分析評價軟件對探測結(jié)果進行分析處理。測試點1探測深度為13.374m，測試點2探測深度為14.316m。從輸出圖像可以看出，兩個鉆孔成像效果較好。工作面煤層平均厚度1.35m，平均采高1.4m。0403-Ⅰ工作面頂?shù)装鍘r性描述如表1所示。

表1 煤層頂?shù)装迩闆r

3.切頂卸壓沿空留巷設(shè)計方案

(1)頂板定向預(yù)裂爆破技術(shù)方案

0403-Ⅰ工作面軌道順槽切縫孔距巷道中線1.95m，切縫面與鉛垂線夾角為15°，切縫孔間距初步設(shè)計為500mm，切頂鉆孔長度設(shè)計為7m，具體距離根據(jù)爆破實驗確定，切頂鉆孔參數(shù)如表2。切頂鉆孔布置圖如圖2。

表2 切頂鉆孔參數(shù)表

圖2 切縫鉆孔布置及加強支護圖

切頂鉆孔爆破過程中，對聚能管的選取至關(guān)重要，本次朱家店煤礦聚能管選取雙向聚能管。該特制聚能管壁厚5.5mm，其外徑為選取厚度為φ42mm。聚能管長度為1500mm，符合設(shè)計需要。爆破過程中，經(jīng)過選取對比最終選擇直徑Φ32×300mm×300g/卷三級煤礦乳化炸藥，孔口采用炮泥封孔。

聚能管安裝于爆破孔內(nèi)，每孔4根聚能管，單根1.5m，3根1.5m，1根1m。首先采用4+4+4+3的裝藥方式，每根聚能管安設(shè)1發(fā)雷管，每根聚能管之間利用炮泥間隔，每孔4發(fā)雷管，裝藥方式根據(jù)現(xiàn)場試驗情況具體調(diào)整，爆破孔口采用專業(yè)設(shè)備生產(chǎn)的炮泥（機制炮泥）封孔，封孔長度1.5m。采用正向裝藥爆破方式，單孔串聯(lián)，孔與孔之間并聯(lián)，即“串并聯(lián)方式”起爆。

(2)恒阻大變形錨索支護設(shè)計

恒阻大變形錨索的選取對頂板管理支護起到?jīng)Q定性作用，很大程度上影響頂板支護效果，所以本次最終選擇直徑為φ21.8mm；恒阻器長度為500mm，直徑φ64mm，恒阻值為290～480kN，預(yù)緊力不小于20t（200kN），恒阻器見圖3所示。錨索托盤規(guī)格300mm×300mm×16mm，中間擴孔直徑70mm±1mm，如圖4所示。

圖3 恒阻器示意圖

圖4 恒阻錨索托盤規(guī)格（單位：mm）

(3)采空區(qū)防漏設(shè)計

留巷側(cè)巷旁采用可縮性U型鋼支架支護。待工作面推過后，及時在工作面支架爆破切縫側(cè)進行擋矸支護，在靠近采空區(qū)側(cè)，先鋪設(shè)兩層鋼筋網(wǎng)，風(fēng)筒布布置在鋼筋網(wǎng)夾層內(nèi)，后架設(shè)U型鋼。風(fēng)筒布尺寸為3200mm×2000mm，上下各超出300mm，超出部分分別固定到頂?shù)装?，并進行有效封閉，風(fēng)筒布搭縫處寬度300mm，固定后亦進行封閉處理。

4.結(jié)論

（1）通過對工作面施工鉆孔進行鉆孔窺視，可以有效掌握頂板巖性情況，從而為沿空留巷布置技術(shù)提供依據(jù)。

（2）通過采空區(qū)防漏設(shè)計，可以有效控制采空區(qū)瓦斯外漏，防止回風(fēng)巷瓦斯超限。