巨厚砂礫巖頂板切頂卸壓無(wú)煤柱自成巷的應(yīng)用

馮兆偉++曹云龍++黃文財(cái)

摘 要：切頂卸壓自動(dòng)成巷無(wú)煤柱開(kāi)采技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)安全留巷、降低成本提高煤炭回采率，已在國(guó)內(nèi)許多礦區(qū)得到大范圍的應(yīng)用推廣。針對(duì)鐵煤集團(tuán)東林煤礦W1-106工作面巨厚砂礫巖頂板情況設(shè)計(jì)了其切頂卸壓無(wú)煤柱自成巷關(guān)鍵參數(shù)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與應(yīng)用，工程效果良好，可以有效防治因留設(shè)煤柱帶來(lái)的突發(fā)災(zāi)害、浪費(fèi)資源、生產(chǎn)接替緊張、巷道難維護(hù)等技術(shù)難題，具有較大的工程實(shí)踐價(jià)值及較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞：切頂卸壓 沿空留巷 110工法 無(wú)煤柱開(kāi)采

中圖分類(lèi)號(hào)：TD353 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）10（a）-0028-02

鐵煤集團(tuán)東林煤礦采用走向長(zhǎng)壁開(kāi)采方法，以往通過(guò)留設(shè)隔離煤柱的辦法保護(hù)待采工作面順槽。因采空區(qū)及巷道超前壓力造成巷道變形量大，投入較大人力、物力進(jìn)行巷道維修，并且嚴(yán)重丟煤，造成資源浪費(fèi)。采用切頂卸壓沿空成巷無(wú)煤柱開(kāi)采技術(shù)能夠較好的回收煤柱，多回收煤炭資源，并在一定程度上緩解生產(chǎn)接續(xù)緊張的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。

1 切頂卸壓技術(shù)原理及優(yōu)點(diǎn)

何滿(mǎn)潮院士等提出“切頂卸壓沿空成巷無(wú)煤柱開(kāi)采技術(shù)工藝”，即110工法。每個(gè)工作面回采只需掘進(jìn)1條順槽巷道，另1條巷道通過(guò)對(duì)上一工作面巷道切頂卸壓自動(dòng)成巷形成。工作面煤層回采前，在回采巷道沿即采空區(qū)側(cè)定向爆破預(yù)裂切頂，同時(shí)采用恒阻大變形錨索支護(hù)回采巷道頂板圍巖，待工作面回采后，在礦山壓力作用下沿切縫將頂板切落形成巷幫，隔離采空區(qū)保證回采巷道完整性，同時(shí)減弱頂板的周期性壓力。

2 工作面工程概況及工程地質(zhì)條件

東林煤礦W1-106工作面位于西一采區(qū)西南部，工作面頂板與地表垂直距離138.39～206.17m。本工作面走向長(zhǎng)1223～1395m，傾斜長(zhǎng)90.6～173.8m，回采面積205297m。

表1為W1-106工作面綜合柱狀圖。工作面直接頂為：工作面兩順局部均發(fā)育有泥巖、泥質(zhì)砂巖、薄煤互層的直接頂，最小厚度0.20m，最大厚度大于6.0m。

工作面基本頂為：直接賦存于煤層或直接頂之上，巖性為砂礫巖，平均81.63m，工作面里段煤層頂板距第三系含水層底界面21～24m，外段最厚，80.0～136.0m。

本工作面內(nèi)煤層無(wú)巖漿巖體、陷落柱。預(yù)計(jì)工作面內(nèi)有6處沖刷變薄帶，由于煤層變薄，且頂板凹凸不平，故對(duì)回采及煤質(zhì)有一定影響。

3 巨厚砂礫巖頂板沿空留巷設(shè)計(jì)

3.1 定向預(yù)裂切縫爆破

采用雙向聚能爆破預(yù)裂技術(shù)，對(duì)頂板在一定深度范圍內(nèi)沿巷道走向進(jìn)行切縫預(yù)裂爆破，煤層頂板在礦山壓力作用下沿切縫垮落，由于巖石的碎脹特性，垮落的巖石充滿(mǎn)采空區(qū)并對(duì)頂板進(jìn)行有效支撐。

預(yù)裂切縫深度設(shè)計(jì)公式如下：H縫=（H煤-ΔH1-ΔH2）/（K-1）。

式中：ΔH1為巷道頂板下沉量；ΔH2為底臌量；K為垮落巖石碎脹系數(shù)。

根據(jù)該礦頂板巨厚砂礫巖頂板的巖性及實(shí)測(cè)得到K為1.4，取工作面最大采高為3.5m時(shí)，得到所需切縫深度為9.0m。切縫孔布置在巷幫與頂板夾角處，與水平線(xiàn)夾角為75°（如圖2所示），切縫孔間距400mm。

通過(guò)幾種現(xiàn)場(chǎng)裝藥參數(shù)爆破效果的對(duì)比，確定裝藥結(jié)構(gòu)5+5+4+3+1（頂板最硬區(qū)段為6+5+4+4+3），封泥2.25m時(shí)，連孔起爆，裂縫率高，裂縫均勻貫通。圖1為預(yù)裂切縫爆破參數(shù)圖。

3.2 恒阻錨索加強(qiáng)支護(hù)

為了保證巷道的穩(wěn)定性，在對(duì)巷道頂板進(jìn)行預(yù)裂切頂前采用恒阻大變形錨索補(bǔ)強(qiáng)加固。根據(jù)該礦頂板巨厚砂礫巖頂板的巖性，恒阻大變形錨索設(shè)計(jì)共布設(shè)兩列（如圖2所示）。

恒阻大變形錨索直徑取為21.8mm，長(zhǎng)度取為11300mm，恒阻器長(zhǎng)450mm，直徑68mm，恒阻值為（30±2）t，預(yù)緊力不小于25t。

3.3 巷道臨時(shí)支護(hù)及擋矸支護(hù)設(shè)計(jì)

根據(jù)以往現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，將工作面附近劃分為3個(gè)區(qū)：超前支護(hù)區(qū)（工作面前方30m），架后臨時(shí)支護(hù)區(qū)（架后0～150m）和成巷穩(wěn)定區(qū)（架后150m之后），不同分區(qū)根據(jù)需要采取不同的支護(hù)措施。

根據(jù)該公司的實(shí)際情況及頂板特性，采用單體配合“π”型梁進(jìn)行架后臨時(shí)支護(hù)。

成巷穩(wěn)定區(qū)巷道受采動(dòng)影響很小，根據(jù)礦壓監(jiān)測(cè)監(jiān)控進(jìn)行壓力分析，如壓力變化穩(wěn)定，可認(rèn)為該區(qū)域已趨于穩(wěn)定狀態(tài)，可將臨時(shí)支護(hù)單體撤掉，只保留U型鋼進(jìn)行擋矸。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

依據(jù)上述關(guān)鍵參數(shù)，在W1-106工作面運(yùn)輸順槽進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和應(yīng)用，目前已成巷500m，效果如圖3所示。通過(guò)預(yù)裂定向聚能切縫爆破，順利地切斷了巷道和采空區(qū)頂板之間的聯(lián)系，垮落巖石充填效果良好，順利保留了巷道。如圖4所示，通過(guò)十字測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)巷道圍巖變形，得到滯后工作面150m左右巷道穩(wěn)定。

5 結(jié)語(yǔ)

鐵煤集團(tuán)東林煤礦巨厚礫巖頂板條件下切頂卸壓沿空成巷無(wú)煤柱開(kāi)采現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果良好，達(dá)到了技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理、安全開(kāi)采的目標(biāo)。

（1）運(yùn)用該項(xiàng)技術(shù)利用礦壓和圍巖運(yùn)動(dòng)自動(dòng)形成下一工作面順槽，減少一半巷道掘進(jìn)量，緩解了工作面接續(xù)緊張的問(wèn)題，同時(shí)多回收了煤炭資源，提高經(jīng)濟(jì)效益。

（2）通過(guò)對(duì)沿空成巷無(wú)煤柱開(kāi)采在巨厚砂礫巖頂板條件下的關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)該項(xiàng)技術(shù)理論和技術(shù)的新突破，擴(kuò)大了該項(xiàng)技術(shù)推廣應(yīng)用的條件。

參考文獻(xiàn)

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