切頂卸壓留巷技術(shù)在堅硬頂板綜采工作面中的應(yīng)用

李艷龍

（汾西礦業(yè)雙柳煤礦，山西 柳林 033300）

隨著采深的增加，煤炭開采受到地應(yīng)力影響更為明顯，若仍采用傳統(tǒng)的煤柱方式保護回采巷道，則容易存在煤柱變形嚴重、巷道支護困難、掘進效率低等問題[1-2]。通過切頂卸壓鉆孔切斷留巷段與采空區(qū)頂板間應(yīng)力傳遞路徑，從而可為巷道圍巖控制創(chuàng)造較好的應(yīng)力環(huán)境，該方法在礦井井下應(yīng)用逐漸普遍[3-6]。本文即以山西某礦3602 綜采工作面回采為工程背景，將切頂卸壓留巷技術(shù)留巷段圍巖控制中，取得較好效果。

1 工程概況

3603 綜采工作面回采3#煤層，煤層厚度均值為4.5 m，煤層埋深平均450 m，回采的煤層具有突出危險性，采用大采高回采工藝。3603 綜采工作面設(shè)計走向、傾向長度分別為1360 m、266 m，采面設(shè)計布置有3 條進風(fēng)巷、2 條回風(fēng)巷，由于回采的煤層具有突出危險性，巷道掘進效率相對較低。為了提高巷道掘進效率并提高煤炭采收率，提出采用切頂卸壓留巷方式將36031 巷保留下來為鄰近的3605 工作面服務(wù)，留巷段長度共計850 m。

根據(jù)物探以及巷道掘進揭露情況，回采范圍內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造較為簡單，頂?shù)装鍘r性以堅硬的砂巖、灰?guī)r為主。36031 巷斷面為矩形，沿3#煤底板掘進，凈寬×凈高為5 400 mm×4 500 mm，使用錨網(wǎng)索支護。

2 切頂卸壓技術(shù)方案

由于3603 綜采工作面回采的3#煤層頂板為堅硬的砂巖、灰?guī)r，采空區(qū)垮落勢必會給留巷段頂板產(chǎn)生較強的壓力作用，因此，留巷關(guān)鍵是如何切斷采空區(qū)頂板與留巷段頂板間的應(yīng)力傳遞路徑；如何有效地控制留巷段圍巖變形。為此，提出采用深孔預(yù)裂爆破方式進行切頂，使得工作面采空區(qū)頂板可沿著切頂線垮落，使用高強錨索對頂板進行補強，用U 型鋼、單體等對頂板進行支護。

2.1 高強錨索超前支護

在3603 綜采工作面煤壁前方，即采用高強錨索對頂板進行補強加護，采用的恒阻錨索規(guī)格為Φ21.6 mm×16.8 m、變形量最大為350 mm、預(yù)先施加的預(yù)緊力控制在250 kN，同時，錨索錨固端位于頂板穩(wěn)定的灰?guī)r中。在36031 巷內(nèi)共計布置2 排高強錨索，按照1.0 m×2.0 m 間排距施工，其中最外側(cè)高強錨索與采空區(qū)間距為500 mm，使用W 鋼帶連接恒阻錨索，從而提高對頂板巖層變形控制能力。

2.2 切頂爆破卸壓

依據(jù)3603 綜采工作面開采情況、井下設(shè)備布置情況以及頂板巖性參數(shù)，將切頂爆破卸壓鉆孔開孔位置布置在距離采空區(qū)幫200 mm 位置，并向采空區(qū)側(cè)有75°仰角。兩個鄰近切頂爆破孔間預(yù)留一空孔，通過增加切頂爆破自動面，提高切頂爆破效果。

2.2.1 切頂卸壓高度H0

根據(jù)3603 綜采工作面開采的3#煤層頂板巖性參數(shù)，確定切頂高度為采面基本頂上邊緣位置。采面直接頂（砂巖）厚度h1為3.6 m，基本頂（灰?guī)r）厚度h2為10.6 m，因此切頂高度H0=h1+h2=14.2 m。

2.2.2 鉆孔深度H

切頂卸壓鉆孔施工深度可通過下述經(jīng)驗公式（1）進行計算。

式中：H0為切頂高度，m；α 為切頂爆破孔豎向仰角，（°）；β 為切頂爆破孔水平傾角，（°）。

具體H0=14.2 m、α=85°、β=0°，經(jīng)計算求得H=14.4 m。

切頂卸壓鉆孔使用ZQJJ.200/1.8Q 型鉆機鉆進，具體現(xiàn)場布置的切頂卸壓鉆孔施工參數(shù)見表1 所示。

表1 切頂卸壓鉆孔施工參數(shù)

2.2.3 切頂卸壓孔裝藥結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)

使用的藥卷為煤礦許用三級乳化炸藥，規(guī)格為Φ30 mm×200 mm、150 g/卷，將單個切頂卸壓鉆孔裝藥量控制在2 500 g 左右。

切頂卸壓鉆孔采用正向不耦合裝藥結(jié)構(gòu)，具體裝藥結(jié)構(gòu)見圖1 所示。為了便于鉆孔裝藥，在孔內(nèi)插入3 段PE 管。切頂卸壓鉆孔內(nèi)乳化炸藥采用炮泥進行分割。封孔長度設(shè)計為4.5 m，封孔采用炮泥+水炮泥結(jié)構(gòu)，具體先裝入長度400 mm 炮泥，隨后裝入800 mm 水炮泥，最后再裝入3300 mm 炮泥，封孔使用的炮泥應(yīng)壓緊、密實。切頂卸壓鉆孔內(nèi)炸藥裝填完畢后，再次進行檢查，確保無誤后使用爆F(xiàn)MB.200起爆器，一次起爆一個鉆孔。

圖1 裝藥結(jié)構(gòu)

2.3 采空區(qū)段加固

在工作后方使用單體+U 型鋼按照“一梁三柱”形式構(gòu)成架棚對留巷段圍巖進行支護。由于切頂卸壓留通過采空區(qū)冒落的頂板巖層構(gòu)成巷幫，為了避免冒落的矸石入侵到留巷巷道內(nèi)，使用U 型鋼、單體組成擋矸支架。為了降低留巷段漏風(fēng)量，在擋矸支架側(cè)鋪掛風(fēng)筒布，必要時可進行噴漿。

3 留巷效果分析

在留巷段布置測點對圍巖變形量進行測定，具體測定結(jié)果見圖2 所示。從圍巖變形監(jiān)測結(jié)果看出，切頂卸壓留巷段內(nèi)圍巖變形量整體較小，其中頂板下沉量最大值控制在35 mm 以內(nèi)；巷幫變形量最大值控制在156 mm 以內(nèi)。

圖2 留巷段圍巖變形測定結(jié)果

采用切頂卸壓留巷技術(shù)后，采面可多回收20 m煤柱，直接創(chuàng)造經(jīng)濟效益約為5 700 萬元，可取得較為顯著的經(jīng)濟效益。

4 總結(jié)

1）現(xiàn)階段礦井生產(chǎn)過程中普遍存在采掘接替緊張問題，沿空留巷可少掘進一條巷道，在一定程度上緩解礦井采掘接替緊張局面。為此，在36031 巷使用切頂卸壓留巷技術(shù)將巷道保留下來為鄰近的3605綜采工作面生產(chǎn)服務(wù)。

2）依據(jù)留巷段頂板堅硬特征、礦井現(xiàn)有設(shè)備以及材料情況，對留巷段高強錨索布置參數(shù)、切頂卸壓施工參數(shù)以及巷道支護參數(shù)等進行設(shè)計。現(xiàn)場應(yīng)用后，切頂卸壓留巷段圍巖變形量均在穩(wěn)定范圍內(nèi)，現(xiàn)場取得較為顯著的應(yīng)用成果。