沿空留巷關鍵技術研究

韋景耀 孫松林

（百色百礦集團有限公司，廣西 百色 533000）

【摘 要】文章主要介紹東懷煤礦25D04軌道巷使用沿空留巷技術的核心部分，如何控制好炮眼傾角、炮眼深度、裝藥量、炮眼間距、炮眼底部位置及采面推井度放炮切頂實現頂板充分垮落，達到提前卸壓的目的。在巷道用單體柱做好20 m范圍內支護，切頂前必須用錨索對巷道進行主動支護；切頂后用“U”形剛腿配“π”形鋼梁掛網支護；在周期來壓前，沿空留巷采用雙排單體柱+“U”形剛腿配“π”形鋼梁支護加強巷道支護，以確保沿空留巷留得住巷道。

【關鍵詞】沿空留巷；放炮切頂；巷道支護

【中圖分類號】TD353 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2016）04-0048-03

沿空留巷是合理開發煤炭資源，提高煤炭回收率，減小采掘比，提高生產效率，有利于礦井安全生產和提升礦井技術經濟效益的一項先進的地下開采技術。

東懷煤礦從2014年年初開始研究實施沿空留巷計劃，2014年4月首次在13I01工作面進行沿空留巷試驗，歷時2個月，試驗長度達85 m，采用砌墻的方式作為巷幫支護形式。試驗結果表明留巷效果較好。但砌墻施工工程量大，需要施工人員較多，投入大，砌墻進度慢，而且墻體在出現開裂后修補效果不理想，因此經研究決定，停止試驗。

2015年6月，東懷煤礦開始在13I10工作面進行預裂爆破切頂沿空留巷試驗，順槽提前加強支護，沿空留巷采用雙排單體液壓支柱加鉸接梁支護方式。試驗效果：①預裂爆破效果較好，頂板垮落達到預期效果；②沿空留巷內雙排單體液壓支柱加鉸接梁支護方式達到支護要求，巷道頂板保護完好，但出現底鼓現象；③沿空留巷容易施工，人員勞動強度小；④投入較小。試驗效果達到預期的目標，認定預裂爆破切頂沿空留巷可實施。

2015年11月，東懷煤礦正式在25D04工作面進行預裂爆破切頂沿空留巷。

1 工程概況

25D04工作面為東懷煤礦五采區D煤第四個采煤工作面，工作面位于二水平南側，東為工作面25D05采空區，西為25D03未采工作面，南至F4斷層，北至五采區三條下山；煤層厚度為1.2～1.8 m，平均厚度為1.5 m，煤層穩定，煤層結構復雜，煤層走向為NE20°～NW70°，傾向NE，傾角為6°～13°，平均為9°。

25D04工作面傾斜長度為150 m，走向長度達到1 180 m；工作面采用三巷布置，分別為皮帶順槽、軌道順槽、專用回風巷，由回風聯絡巷（后期為25D03工作面切眼）連接軌道順槽與專用回風巷，形成“兩進一回”的工作面通風系統。

25D04工作面沿空留巷工程在25D04軌道順槽實施，全長1 180 m，屬沿D煤層的半煤巖巷道，巷道寬4 m，中部高2.5 m，頂板較好，錨網支護，主要用于25D04工作面軌道運輸及進風用。

2 放炮切頂

放炮切頂的主要作用是把煤層上方直接頂在以軌道巷下幫為界切斷，破壞直接頂的整體性，使采空區上部直接頂在受到壓力時立即垮落填充采空區，在采空區直接頂在垮落時不影響軌道巷頂板，減小采空區頂板垮落對軌道巷頂板的壓力沖擊。為不影響工作面割煤，放炮切頂超前工作面煤壁保持4 m以上。

2.1 炮眼傾角

影響切頂效果的一個重要因素就是炮眼傾角。若把炮眼布置為垂直向上，爆破沖擊可能會把軌道巷頂板崩壞；傾角過于水平，炮眼深度勢必變深，會增加工程量，且達不到以下幫為界切斷直接頂的目的。綜合考慮上述因素，決定采用與垂直方向呈24°的傾角，且要求每個炮眼在同一傾角，保證切頂連貫平直。為確保每個炮眼傾角均為24°，特別為施工隊設計一個用角鋼和鐵板焊接固定傾角為24°的底座支架，打眼時把錨桿機放置于底座支架上，確保炮眼傾角為24°。

2.2 炮眼深度和裝藥量

影響切頂效果的另一個重要因素就是炮眼深度。為把D煤直接頂一次切斷，考慮直接頂的巖性及厚度，直接頂厚度為4 m，在3.5 m位置處巖層比較堅硬，直接頂上方是一層約50 cm厚的構造泥。為保證切頂效果，應把炸藥布置在最堅硬的巖層中，在以24°傾角的炮眼中把炮眼定為4 m深，則炸藥恰巧布置在3.5 m處的位置，每個炮眼的裝藥量為2筒，間距為0.5 m。經過前期接近20 m沿空留巷觀測，頂板垮落效果不佳，頂板垮落時不夠破碎，在液壓支架推移后的采空區頂板懸空不垮落，未達到預期效果。根據施工隊現場反映，在鉆眼過程中鉆桿在2 m位置處打眼速度明顯下降，應該是遇到比較堅硬的巖層，具體分析可能是直接頂太厚，2 m位置巖層過于堅硬，直接頂中部巖層未能切斷，遂決定采用4 m與2.5 m炮眼交替布置。由于2.5 m炮眼放置炸藥位置離巷道頂板較近，為防止2.5 m炮眼爆破產生的巨大能量破壞軌道巷頂板，遂決定2.5 m炮眼裝藥量為1.5筒。事實證明，4 m和2.5 m炮眼交替布置的放頂效果優于單4 m炮眼，液壓支架后3 m位置處頂板都很好垮落填充采空區。此外，采面推井度對頂板垮落程度有一定的影響。

3 巷道支護

3.1 主動支護

軌道巷與5D04切眼的交叉處屬應力集中段，為確保交叉段巷道有足夠的支護力，軌道巷端頭采用2個液壓支架+單體液壓支柱+木垛聯合支護的形式，液壓支架位于“丁”字巷道的中心，并在其余2條巷道用單體柱做好20 m范圍內的支護。放炮切頂后，直接頂的整體性被破壞，軌道巷頂板的穩定性亦隨之下降，因此在放炮切頂前必須用錨索對巷道進行主動支護，防止放炮切頂后軌道巷頂板垮落，并且主動支護的錨索對之后的沿空留巷部分巷道也提供持續有力的支護。具體參數為距下幫0.5 m，每隔2.5 m打一根8 m長的錨索。為保證錨索能深入巖層有足夠的錨固力，錨索采用斜向上邊幫15°布置。通過現場觀測發現，在放炮切頂后，錨索能有效地對巷道頂板進行支護，切頂后巷道頂板未出現破裂下沉的現象。

3.2 加強支護

3.2.1 “U”形剛腿配“π”形鋼梁掛網支護

加強支護是沿空留巷最關鍵部分，為沿空留巷段巷道提供主要的支護力，后期沿空留巷只留“U”形剛腿配“π”形鋼梁支護巷道。具體操作為沿25D04軌道巷尾起沿下邊打一排“U”形鋼腿配4 m長縱向“π”形鋼梁沿邊支護，柱距0.6 m，迎山角約5°，“U”形鋼腿由包箍箍緊2條“U”形鋼梁而成，可調節長度；架設“π”形鋼梁時，用“π”形鋼梁頂雙層菱形錨網貼頂板，菱形錨網沿“U”形剛腿下垂至底板并向采空區彎折，在采空區頂板垮落時，錨網可防止采空區石頭竄入軌道巷。

3.2.2 單體液壓支柱支護

僅用“U”形剛腿配“π”形鋼梁支護巷道還并不足以承受頂板初次來壓和周期來壓老頂對巷道頂板的壓力。從以往D煤回采經驗來看，頂板來壓步距在40 m左右，遂確定在巷道中部布置單排單體支柱配鉸接梁柱距0.6 m共80條，迎山角約5°。此80條柱隨采煤向前移動，保證在周期來壓范圍內有足夠支護力。但沿空留巷技術在東懷煤礦還為試驗性技術，為保證在頂板初次來壓軌道巷頂板有足夠的支護力，在初次來壓前，沿空留巷一直保證雙排單體柱+“U”形剛腿配“π”形鋼梁支護，初次來壓且頂板穩定后方可拆除靠近上幫一排單體柱。

4 沿空留巷礦壓觀測及分析

東懷煤礦成立25D04工作面沿空留巷工作領導小組，由礦總工擔任組長，生產副礦長及安全副礦長任副組長，各科室科長及施工隊長任組員，對沿空留巷工作進行指導及組織施工。每天安排巡查人員對“U”形鋼支護、錨網支護、單體柱支護、錨索支護及采空區垮落情況進行巡查。沿空留巷段內設置巷道變形觀測站，前2次周期來壓5 m設置1站，每2天觀測記錄1次。后期部分每20 m設置1站，每10天觀測記錄1次。對巷道的高度和寬度變化進行測量、記錄并分析，描繪巷道變化曲線圖。經過對巷道的觀測，分析曲線變化圖，巷道頂底板移進量呈現上升的趨勢，在接近工作面上出口點出移進量最小，初次來壓后沿空留巷段巷道頂底板移近量趨于同一水平（均在22 cm左右），隨后同步緩慢上升，且在初次來壓時最靠近回采工作面的觀測點頂底板移近量急劇下降成波谷狀。再往前推采移近量也與之前的觀測點在同一水平，在接近工作面處觀測點略有減小。巷道寬度變化呈現斜坡的趨勢，沿空留巷開始處巷道被壓縮最多，接近35 cm逐漸保持穩定，越往外變形量越小。目前，沿空留巷段已有80 m，沿空留巷段巷道也順利地承受住了頂板的初次來壓。巷道頂板未出現掉包和破裂的現象。

5 總結

（1）預裂爆破的爆破效果較好，在工作推采后頂板垮落及時，切頂線較為完整，能有效地切斷采空區頂板垮落對沿空留巷頂板的沖擊，沿空留巷內的頂板完整。

（2）巷幫支護簡單，能有效地支護巷旁，從而形成二次巷幫，施工強度較小，工程量小，施工人員較少，投入較小。

（3）實施沿空留巷后，減少礦井的工作面巷道1/3的掘進量，比如現在的5D04工作面采完后，留有了2條巷道，只需再掘1條巷道即可接替5D04工作面，解決了采掘接替緊張的局面。

（4）實施沿空留巷后，可以有效地保護煤柱，提高了礦井的采區煤炭回收率。之前，每個工作面間距要留30～40 m保護煤柱，現可全部回收，回收率提高17%左右，同時延長了礦井的服務年限。

（5）實施沿空留巷后，可以少打1條巷道，沿空留巷與新掘1條巷道相比，沿空留巷可以節省50%的費用，從而降低礦井的生產成本。

預裂爆破效果是預裂爆破沿空留巷技術能否正常實施的關鍵，因此在實踐中應根據實際頂板的情況選擇爆破眼的深度、角度、間距及裝藥量，使爆破效果達到預期的目標。

6 推廣應用中的主要技術參數

（1）順槽加強支護必須到位、有效，防止預裂爆破后，巷道頂板出現吊包、直接垮落，或在沿空留巷內頂板垮落范圍大等情況，這樣會達不到預裂切頂的效果。

（2）沿空留巷的巷旁支護必須及時、到位，及時對切頂線進行保護，防止頂板垮落范圍過大和垮落的頂板充入沿空留巷內。

（3）加強礦壓觀測，出現異常時及時加強支護作業。

（4）沿空留巷內，必須保留有壓風、供水、供液壓水等管路，鋪設灌漿管路，保留運輸軌道，以方便在出現異常時能夠及時處理。

（5）加強瓦斯、一氧化碳及其他有毒有害氣體的監測監控，監測監控系統必須有效運轉。

目前沿空留巷段已有300 m，巷道順利地承受住了頂板的初次來壓和周期來壓，巷道頂板未出現掉包和破裂的現象。實踐表明，本巷道采用的預裂爆破式沿空留巷是可行的；放炮切頂和巷道支護的各項參數和作業流程是合理的。

參 考 文 獻

[1]劉德芳.高職設計素描課程教學探索與實踐[J].教育與職業，2012（33）：143-144.

[2]《煤礦總工程師技術手冊》編委會.煤礦總工程師技術手冊[M].北京：煤工業出版社，2010.

[3]張榮立，何國緯.采礦工程設計手冊[M].北京：煤工業出版社，2003.

[責任編輯：鐘聲賢]

【作者簡介】韋景耀，男，本科，百色百礦集團有限公司東懷煤礦工程師，從事煤炭開采管理和開采技術研究工作；孫松林，男，本科，百色百礦集團有限公司生產部工程師，從事煤炭開采管理和開采技術研究工作。