臺(tái)頭煤礦切頂卸壓沿空留巷技術(shù)研究

王建全

（山西華寧焦煤有限責(zé)任公司，山西 臨汾 042100）

我國(guó)煤礦資源儲(chǔ)量豐富，但整體賦存不均，能源格局整體呈現(xiàn)出多煤、少油、貧氣的格局。隨著煤礦多年的開采，賦存較為簡(jiǎn)單的煤層逐漸減少，目前開采的重點(diǎn)逐步向復(fù)雜煤層轉(zhuǎn)移。 在煤層開采過程中，如何降低開采成本，確保安全生產(chǎn)，提升礦井經(jīng)濟(jì)效益一直是煤礦企業(yè)重要的研究課題[1-2]。 臺(tái)頭煤礦多年來一直致力于沿空留巷無煤柱開采技術(shù)的推廣應(yīng)用，通過對(duì)沿空留巷頂板進(jìn)行超前預(yù)裂，使得留巷的頂板與采空區(qū)基本頂、直接頂?shù)穆?lián)系被切斷，從而改善留巷的應(yīng)力環(huán)境，提升了沿空留巷的成功率[3-5]。 臺(tái)頭煤礦12201工作面頂板多為粉砂巖，巖性較為堅(jiān)硬。 本文以臺(tái)頭煤礦12201 工作面為研究背景，對(duì)切頂卸壓沿空留巷技術(shù)進(jìn)行研究，給出了切頂卸壓沿空留巷的原理及施工工藝，同時(shí)通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)驗(yàn)證了方案的可行性，為礦井其他采面切頂卸壓沿空留巷提供參考。

1 切頂卸壓沿空留巷

1.1 工程概況

臺(tái)頭煤礦12201 工作面四周為未開采煤層，工作面的走向長(zhǎng)度為760 m，主采煤層為2#煤層，煤層厚度為1.6～2.4 m，煤層平均厚度為1.9 m，煤層的平均傾角為2.1°，煤層整體較為穩(wěn)定。 工作面埋深較淺，整體巖性較為堅(jiān)硬，頂板管理難度較大，12201 工作面推進(jìn)至180 m 時(shí)，到達(dá)12202工作面開切部位時(shí)開始沿空留巷，留巷的長(zhǎng)度為580 m，工作面巷道布置如圖1 所示。

圖1 工作面巷道布置

1.2 切頂卸壓原理

切頂卸壓沿空留巷[6-7]是對(duì)預(yù)留巷道進(jìn)行超前預(yù)支護(hù)，同時(shí)在預(yù)留巷道的內(nèi)部定點(diǎn)設(shè)置爆破鉆孔，通過爆破遇預(yù)裂的方式對(duì)采場(chǎng)預(yù)留巷道的頂板進(jìn)行預(yù)裂爆破，同時(shí)通過控制爆破角度從而達(dá)到按照指定角度切縫的目的，通過切縫有效切斷采區(qū)頂板與采空區(qū)頂板間的力傳遞，達(dá)到降低沿空巷道頂板覆巖應(yīng)力，隨著頂板懸露范圍不斷的增大，在巷道的臨空側(cè)會(huì)出現(xiàn)頂板回轉(zhuǎn)的情況，由于預(yù)裂縫的存在，使得回轉(zhuǎn)沿著裂縫，成為沿空巷的巷幫，并對(duì)巷幫進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，滿足留巷圍巖的穩(wěn)定性[8-10]。 切頂卸壓沿空留巷原理圖如2 所示。

圖2 切頂卸壓沿空留巷原理

1.3 支護(hù)方案分析

巷道的原有支護(hù)方案為頂板采用螺紋鋼錨桿、π 型鋼帶、鋼筋網(wǎng)片、錨索支護(hù)；其中 錨桿為φ18 mm×1 800 mm 的左旋無縱筋等強(qiáng)螺紋錨桿，錨桿間排距設(shè)定為1 m×1 m，采用數(shù)值錨固劑CK2350 進(jìn)行錨固，錨固力為70～80 kN；錨索采用φ21.8 mm×8 000 mm 的鋼絞線錨索，錨索采用垂直布設(shè)方式。 在12201 運(yùn)輸巷距離采空區(qū)500 mm 的區(qū)域進(jìn)行恒阻錨索支護(hù)，錨索的間距為2 000 mm，錨索的直徑為21.8 mm，恒阻器的直徑為65 mm，預(yù)緊力為280 kN，恒阻值為310～350 kN，恒阻器的長(zhǎng)度為500 mm；同時(shí)三根相鄰恒阻大變形錨索用3 mm×230 mm×4 600 mm W 型鋼帶進(jìn)行連接，錨索配合150 mm×150 mm 托盤。 恒阻大變形錨索支護(hù)如圖3 所示。

圖3 恒阻大變形錨索支護(hù)

1.4 切頂卸壓方案

在工作面回采前沿著工作面推進(jìn)方向進(jìn)行鉆孔的布設(shè)，采用CMM2-8 型鉆孔機(jī)沿著采空區(qū)200 mm 的位置進(jìn)行鉆孔，鉆孔的布設(shè)參數(shù)為鉆孔角度20°，鉆孔直徑為46 mm，鉆孔的間距為600 mm，鉆孔孔深為6 000 mm。

在工作面推進(jìn)過程中進(jìn)行鋪網(wǎng)，鋪設(shè)網(wǎng)片的長(zhǎng)度為10 m，寬度為4 m，網(wǎng)格尺寸大小為45 mm×45 mm 的方形網(wǎng)格。為了保證穩(wěn)定性，網(wǎng)片與巷道的頂網(wǎng)進(jìn)行連接，在完成網(wǎng)片鋪設(shè)后對(duì)工作面進(jìn)行留巷頂板及排矸的支護(hù)，整體采用工字鋼、單體液壓支柱、鋼絲網(wǎng)及鋼筋網(wǎng)。 工字鋼與單體液壓支柱采取間隔布置原則，兩者的布置排距均為0.6 m，頂板采用一梁四柱的支護(hù)形式，排距為1 m。

為了降低切頂留巷的成本，方案對(duì)頂板穩(wěn)定后的支護(hù)材料進(jìn)行順序回收，具體的回收順序如圖4 所示。

圖4 支柱單體回收順序

首先對(duì)12201 開切眼至聯(lián)絡(luò)巷間的單體回撤，先回撤距離切縫較遠(yuǎn)位置的單體，采取逐排回撤的原則，回撤完后對(duì)巷道進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)，當(dāng)變形量在3 天時(shí)間內(nèi)未發(fā)生大的變化則進(jìn)一步回撤單體；擋矸單體的回撤與上述方法類似，剩余單體回撤必須保證5 天內(nèi)巷道應(yīng)力變化幅度小于1 MPa，同時(shí)巷道頂板的下沉量小于3 mm，方可回撤所有單體。

2 切頂卸壓沿空留巷效果分析

完成上述操作后對(duì)運(yùn)輸巷進(jìn)行切頂卸壓沿空留巷。 為了分析留巷效果，從留巷位置開始對(duì)巷道頂板及兩幫的位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)，巷道頂板及兩幫監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置于工作面的后方，監(jiān)測(cè)點(diǎn)隨著工作面的推進(jìn)不斷重新布置，相鄰監(jiān)測(cè)點(diǎn)間距離設(shè)置為20 m，分別布置8 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)均布置有位移監(jiān)測(cè)儀，監(jiān)測(cè)期間為54 d，監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖5 所示。

圖5 巷道兩幫移近量及頂板下沉量隨時(shí)間變化趨勢(shì)

從圖5 可以看出，工作面運(yùn)輸巷的兩幫移近量均呈現(xiàn)隨著時(shí)間的增長(zhǎng)而增大的趨勢(shì)，同時(shí)隨著測(cè)點(diǎn)的不斷后移，巷道兩幫的變形量逐步增大，在整個(gè)觀測(cè)區(qū)間內(nèi)，工作面的兩幫移近量在220～610 mm 之間，兩幫移近量的平均值為350 mm，整體巷道兩幫移近量屬于可控范圍。 從巷道頂板下沉量隨時(shí)間變化曲線可以看出，隨著時(shí)間的增大，巷道的頂板下沉量呈現(xiàn)先快速增大后緩慢增加的趨勢(shì)，在10 d 前巷道頂板的下沉量變化趨勢(shì)明顯大于10 d 后的巷道頂板變化量，頂板的整體變形量處于115～415 mm，巷道頂板的平均變形量為248 mm，頂板的變形屬于可控范圍。 同時(shí)通過分析巷道頂板及兩幫變形曲線可以看出，當(dāng)切頂卸壓留巷至30 d時(shí)，此時(shí)的巷道變形區(qū)域穩(wěn)定，考慮到工作面推進(jìn)速度為3 m/d，所以當(dāng)工作面推進(jìn)至90 m 的位置時(shí)，巷道趨于穩(wěn)定。

3 結(jié)論

1）臺(tái)頭煤礦針對(duì)12201 工作面的實(shí)際地質(zhì)情況，提出了巷道原有支護(hù)方案及切頂卸壓沿空留巷的技術(shù)方案。

2）通過分析給出了12201 運(yùn)輸巷切頂卸壓沿空留巷的開采技術(shù)，包括恒阻錨索支護(hù)；施工鉆孔的布設(shè)，回采期擋矸及支護(hù)，支護(hù)單體的撤離等施工方案。

3）對(duì)切頂卸壓沿空留巷效果進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，得出巷道頂板下沉量及巷道兩幫變形量均處于合理范圍內(nèi)，沿空留巷整體效果良好。