淺部中厚煤層綜采工作面切頂卸壓護(hù)巷實踐

王強(qiáng)

四川華鎣山龍灘煤電有限責(zé)任公司 四川廣安 638020

沿空護(hù)巷是無煤柱開采技術(shù)的一大分支，它是維護(hù)在工作面后方的采空區(qū)邊緣巷道。沿空護(hù)巷就是在工作面回采過程中，通過巷內(nèi)加強(qiáng)支護(hù)、有效的巷旁支護(hù)等方法，將原巷道保留下來，作鄰近工作面的一條巷道使用，其目的是一條巷道可以得到兩次利用。沿空護(hù)巷可以提高資源回收率，極大緩解采掘接替緊張的狀況，它是煤礦無煤柱開采的重要技術(shù)發(fā)展方向，是煤礦開采及回采巷道布置技術(shù)的一項重大改革[1]。隨著開采強(qiáng)度增加，推進(jìn)度加快，傳統(tǒng)砌筑混凝土墻沿空護(hù)巷方式耗費(fèi)職工大量體力，不利于安全生產(chǎn)。龍灘煤礦開采的二疊系龍?zhí)督M一段K1煤層，煤層埋深較淺，龍灘礦井在淺部中厚煤層條件下，采用預(yù)裂爆破切頂卸壓進(jìn)行綜采工作面沿空護(hù)巷，實踐結(jié)果表明，超前支護(hù)工作面護(hù)巷巷道，超前預(yù)裂爆破工作面采空區(qū)側(cè)頂板，工作面推進(jìn)后采空區(qū)頂板直接垮落形成護(hù)巷墻體。通過沿空護(hù)巷采用先超前、后補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)的手段，經(jīng)過礦壓觀測，滯后工作面200m外，巷道頂板下沉量及兩幫移近量變化減小，逐漸趨于穩(wěn)定，護(hù)巷效果明顯[2]。成功實施中厚煤層綜采工作面切頂卸壓沿空留巷試驗，對具有類似地質(zhì)條件的煤層實施沿空留巷提供借鑒意義。

1 工程概況

1.1 工作面參數(shù)及頂?shù)装迩闆r

3124北工作面位于龍王洞背斜軸部寬緩區(qū)域、龍灘礦井3116南工作面以南，開采二疊系龍?zhí)督M一段K1煤層，工作面煤層總厚0.35～2.90m，平均2.12m。位于二疊系下統(tǒng)龍?zhí)督M一段K1煤層中；基本頂為中厚層狀粉晶灰?guī)r（f=10～12），厚度4.95-7.4m；直接頂為砂質(zhì)泥巖及薄層砂巖，f=2～6，厚度4.6-6.5m；偽頂巖性為碳質(zhì)泥巖，f=4～6，厚度0.4-1.2m。其平均瓦斯含量7.05m3/t～11.56m3/t，煤層爆炸指數(shù)9.55%，K1煤層具有煤與瓦斯突出危險性。采面采用走向長壁后退式回采工藝，采空區(qū)處理采用全部垮落法。

1.2 工作面巷道支護(hù)參數(shù)

工作面機(jī)巷凈寬4.3m，凈高2.6m，兩幫垂直于底板（水平面），S凈=11.18m2，巷道開挖斷面為寬4.5m，高2.7m，S掘=12.15m2。因巷道布置在K1煤層中，故沿走向布置，煤層傾角0°～2°。巷道頂板選用直徑為Φ20mm，長度為2.2m的金屬樹脂錨桿，間排距均為800mm×800mm；采用碟狀托盤壓緊金屬網(wǎng)，螺母為防松螺母。幫錨選用選用直徑為Φ16mm，長度為1.8m的金屬漲殼式可回收錨桿。加強(qiáng)錨索選用直徑為Φ15.24mm鋼絞線錨索加強(qiáng)護(hù)頂，錨索為單排布置，排距為3.2m。護(hù)頂輔助材料選用直徑不小于10mm鋼筋自制的鋼筋梯將頂錨桿聯(lián)成一體，并鋪網(wǎng)孔50mm×50mm的菱形金屬網(wǎng)護(hù)頂[3]。

1.3 工作面生產(chǎn)組織

工作面生產(chǎn)組織采用“三八制”作業(yè)，每天中、夜班生產(chǎn)，早班檢修，同時沿空護(hù)巷人員進(jìn)行工作面超前支護(hù)和后方護(hù)巷施工及噴漿工作。

2 工作面切頂卸壓護(hù)巷工藝

2.1 工作面切頂卸壓護(hù)巷方案

2.1.1 工作面超前支護(hù)

在3124北上順超前20m范圍支護(hù)采用“一梁兩柱”棚式（單體液壓支柱+11#工字鋼），沿巷道走向按排距800mm布置，并在超前段巷道西側(cè)沿巷道傾向（采用鋼筋梯+錨索的方式）按800-1000mm距離布置一排加強(qiáng)支護(hù)。提前在巷旁0.5m處采用密集支柱同時在采空區(qū)距下幫1m處向頂板爆破切頂，采空區(qū)頂板切落形成墻體后進(jìn)行掛網(wǎng)噴漿和加強(qiáng)支護(hù)工作。

2.1.2 工作面補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)

滯后支護(hù)區(qū)巷內(nèi)支護(hù)采用“一梁兩柱”棚式鋼梁（單體液壓支柱+11#工字鋼）支護(hù)進(jìn)行加強(qiáng)護(hù)頂，加強(qiáng)護(hù)頂范圍為當(dāng)班砌墻起點(diǎn)起至以南20m，其支護(hù)距離緊隨綜采支架推移方向循環(huán)邁步進(jìn)行。棚式鋼梁采用11#工字鋼加工制作，長3.8m，支柱采用DW35-250/100X單體液壓支柱，棚式鋼梁緊靠錨梁槽鋼北側(cè)沿巷道傾向居中布置，排距800mm，鋼梁支護(hù)過程中棚式支架若與錨梁（錨索）重合，棚式支架間距可適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整，但調(diào)整最大排距不得超過1000mm[4]。

2.2 工作面預(yù)裂爆破孔設(shè)計

（1）施工地點(diǎn)及長度：施工深孔預(yù)裂眼孔為上順槽西側(cè)按間距500mm布置一排炮眼，眼孔直徑不得小于45mm。眼孔角度略向工作面傾斜15～20°夾角。聚能管眼孔沿工作面走向方向布置，施工時保證眼孔質(zhì)量，應(yīng)平直齊，成一條直線。

（2）根據(jù)目前礦使用的直徑Φ32mm×300mm/卷的三級煤礦許用炸藥，選用聚能管內(nèi)徑為Ф35mm、外徑為Ф40mm，炮孔直徑為50mm。采用毫秒延期電雷管。聚能管在加工鉆孔眼時，施工一排密集眼孔，眼孔Ф4mm，眼孔間距3-5mm。

（3）為保證周邊平整度、半邊孔痕率及有效保護(hù)支架上方頂板，還應(yīng)保證炮孔利用率，藥量確定為小于1kg/孔[5]。

（4）預(yù)裂爆破孔施工方法。預(yù)裂爆破孔工器具：切頂鉆機(jī)、Ф50mm鉆頭、PVC管（內(nèi)徑為Ф35mm外徑為Ф40mm）。單孔預(yù)裂切縫效果圖和頂板沿預(yù)裂縫切落效果圖分別如圖1和圖2。

圖1 單孔預(yù)裂切縫效果圖

圖2 頂板沿預(yù)裂縫切落效果圖

2.3 沿空護(hù)巷礦壓監(jiān)測

2.3.1 測站布置與觀測方法

在3124北上順切頂護(hù)巷段前方50m開始共布設(shè)三個測區(qū)，測區(qū)布置如圖所示。其中工作面前方布置I測區(qū)距離已采工作面800m，II區(qū)距離I測區(qū)50m，III測區(qū)距離II測區(qū)50m；每個測區(qū)分別安設(shè)2個觀測站，觀測站之間的距離2m。

2.3.2 觀測計劃

（1）巷道相對位移量測試。兩幫及頂?shù)装逦灰苽?cè)點(diǎn)在各測區(qū)埋設(shè)后，距開采工作面0～10m范圍內(nèi)，每天觀測兩次；11～20m范圍內(nèi)每天觀測1次，21～50m范圍內(nèi)，每3天觀測一次；50m以外每周觀測一次。

（2）頂板離層及兩幫深處位移觀測?；夭善陂g（作為機(jī)巷使用時）的觀測時間：距回采工作面0～10m范圍內(nèi)，每天觀測兩次；11～20m范圍內(nèi)每天觀測1次，21～50m范圍內(nèi)，每3天觀測一次；50m以外每周觀測一次。

2.3.3 巷道收斂變形總體分析

2019年10月18日～20日，3124N上順槽強(qiáng)制放頂階段，頂板下沉變化較為明顯，其下沉變化量為6mm，兩幫移近量為4mm；2019年10月21日～26日，采空區(qū)整體垮落階段頂板下沉變化量為9mm，兩幫移近量為10mm；2019年10月下旬至11月上旬，測站1隨3124N工作面回采推進(jìn)頂板下沉量及兩幫移近量逐漸增大，尤其是2019年10月29日-11月7日，頂板下沉量及兩幫移近量變化比較明顯，其板下沉量為8mm，兩幫移近量為11mm[6]。

3 實施效果

龍灘礦井3124北上順頂板超前采用錨網(wǎng)索作為巷道的基本支護(hù)形式，在3124北上順里程K0+50m段至K0+600m段進(jìn)行切頂卸壓沿空護(hù)巷試驗，超前施工預(yù)裂爆破孔進(jìn)行預(yù)裂爆破，工作面采空區(qū)頂板經(jīng)預(yù)裂爆破切落形成墻體，并及時噴漿和加強(qiáng)支護(hù)，成功護(hù)巷長度550m，巷道平均高度2.6m。護(hù)巷后巷道圍巖基本保持了完整，實踐效果表明，采用預(yù)裂爆破切頂卸壓護(hù)巷，巷道頂板未發(fā)生離層來壓等現(xiàn)象，達(dá)到了預(yù)期的護(hù)巷要求。3124北上順切頂卸壓護(hù)巷墻體噴砼后整體效果圖如圖3所示。

圖3 切頂卸壓護(hù)巷墻體噴砼后整體效果圖

4 結(jié)語

通過沿空護(hù)巷采用先超前、后補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)的手段，經(jīng)過礦壓觀測，滯后工作面200m外，巷道頂板下沉量及兩幫移近量變化減小，逐漸趨于穩(wěn)定，護(hù)巷效果明顯[7]。

采用預(yù)裂爆破切頂卸壓進(jìn)行綜采工作面沿空護(hù)巷，解決了傳統(tǒng)砌筑混凝土墻進(jìn)行沿空護(hù)巷費(fèi)時費(fèi)力的問題，確保了頂板支護(hù)和作業(yè)人員安全，同時多回收了煤柱[8]。3124北工作面可多回收原煤（按預(yù)留4m煤柱，工作面走向長1400m，平均煤厚按2m計算，則預(yù)留煤柱原煤量=1400×4×1.45×2=1.62萬t），按龍灘礦井目前煤炭銷售平均煤價450元/t計算，直接經(jīng)濟(jì)效益達(dá)到729萬元，該方式沿空護(hù)巷不僅為礦井生產(chǎn)接替節(jié)省了寶貴的時間，同時創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，對具有類似地質(zhì)條件的煤層實施沿空留巷提供借鑒意義。