切頂成巷無煤柱開采技術在云岡礦的應用

孟碧坤 張孝明

（大同煤礦集團有限責任公司云岡礦，山西 大同 037000）

云岡礦侏羅系綜采工作面煤柱，一般留設在20～40m之間，留煤柱的傳統方式并沒有解決應力集中的問題，引發巷道變形嚴重、巷道二次維護成本大、巷道消耗量大、礦壓災害頻發、下層開采困難、安全保障能力差等問題，嚴重制約礦井安全高效生產。傳統的一面雙巷開采，巷道消耗大，采掘接替緊張[1-4]。

1 工程背景

云岡礦51041巷沿12#煤層頂板掘進，12#煤層整體東高西低，煤厚為1.40～3.60m，平均煤厚2.27m；煤層局部含有一層0.10m厚的夾石；煤體結構為原生構造煤；煤層傾角2.0～9.0°，平均傾角5.5°。本工作面12#煤層與上覆8#煤層層間距約為61.14m，與上覆3#煤層層間距約為113.51m。巷道平面布置圖如圖1所示，煤層頂底板巖性見表1。

表1 煤層頂底板情況表

2 永久支護方案

2.1 頂板錨桿支護

頂板錨桿支護每排5根錨桿，排距1000mm，每排錨桿與巷道掘進方向垂直布置。用錨桿（索）機鉆打眼，孔深1.68～1.71m。在頂板距巷道左幫450mm處打設一根單點錨桿，用Φ18×1800mm左旋無縱肋螺紋鋼錨桿和250×250×10mm鋼板支護頂板。在頂板距巷道左幫1850mm處依次由左向右打設四根錨桿，錨桿間距900mm，用Φ18×1800mm左旋無縱肋螺紋鋼錨桿和3200×220×3mm四眼鋼帶支護頂板。

圖1 巷道平面布置圖

2.2 頂板錨索支護

（1）正常支護區域

正常支護區域為51041巷道的0～240m段、280～366.2m段，在頂板距巷道左幫1100mm處打設錨索梁，錨索梁與巷道掘進方向平行布置。錨索梁使用兩眼礦用11#工字鋼，長度2100mm，眼距1500mm。錨索規格為Φ17.8×8000mm鋼絞線，排距1500mm。

在頂板距巷道左幫2100mm處依次由左向右打設兩根單點錨索，每排單點錨索與巷道掘進方向垂直布置。單點錨索規格為Φ17.8×6000mm鋼絞線，間排距為：1600×3000mm。錨索托板為350×350×10mm鋼板。

（2）錨索組加強支護區域

錨索組加強支護區域為51041巷道的240～280m段，在頂板距巷道左幫1100mm處打設錨索梁，錨索梁與巷道掘進方向平行布置。錨索梁使用兩眼礦用11#工字鋼，長度2100mm，眼距1500mm。錨索規格為Φ17.8×8000mm鋼絞線，排距1500mm。

在頂板距巷道左幫2100mm處依次由左向右打設兩根單點錨索，每排單點錨索與巷道掘進方向垂直布置。單點錨索規格為Φ17.8×6000mm鋼絞線，間排距為1600×3000mm。錨索托板為350×350×10mm鋼板。

在頂板距巷道左幫1100mm處打設錨索組，錨索組與巷道掘進方向平行布置。錨索組托板為400×400×16mm三角眼鋼板。錨索組排距3000mm，每組三根錨索，呈三角眼布置，錨索為Φ17.8×8000mm鋼絞線。錨索組打設在順巷錨索梁之間并且保證有兩根錨索布置與錨索梁在一條直線上，另外一根錨索在這條直線右側。

2.3 護幫永久支護

支護形式：巷道左幫采用錨桿、雙抗拉伸網和單眼鋼帶護幫；巷道右幫采用錨桿、菱形金屬網和單眼鋼帶護幫。護幫錨桿：Φ18×1800mm左旋無縱肋螺紋鋼錨桿，雙抗拉伸網：長×寬=10000×2500mm，菱形金屬網：長×寬=4000×2500mm，護幫鋼帶：450×220×3mm單眼鋼帶。

另外在右幫要打設一根護幫錨索，護幫錨索距頂板1050mm，排距3000mm。護幫錨索為Φ17.8×5000mm鋼絞線，護幫錨索托板為350×350×10mm鋼板。每根護幫錨索用一卷超快速CKA-2360黃色樹脂藥和一卷超快速CKB-2360紅色樹脂藥凝固，錨固段長度為1200mm。護幫錨索預緊力不得低于80kN/根，單根錨固力不得低于270kN，及時張緊。如圖2所示。

圖2 巷道支護設計圖

3 切頂爆破施工

3.1 切縫深度

預裂切縫深度（H縫）臨界設計公式如下：

式中：

ΔH1-頂板下沉量，m；

ΔH2-底臌量，m；

K-碎脹系數，1.3～1.5。

本次頂板預裂切縫試驗切頂深度為6m，切頂角度為15°，切頂爆破孔間距為500mm。

3.2 爆破方案

在現有單孔炸藥量、封泥方式條件下，根據頂板巖層結構調整裝藥結構，考慮將第三節聚能管內炸藥量減少一卷，將第五節聚能管內炸藥量增加一卷，以弱化對泥巖夾層的破壞，增加對細砂巖的破斷。

在現有裝藥結構條件下，最后一節聚能管內不填裝緩沖沙時切縫效果較好，但炮泥竄出率較高，因此考慮更換粘性黃土作為炮泥，以取消緩沖沙的填充。若更換炮泥后粘性足夠，可進一步考慮增加單孔裝藥量，但暫不考慮采用增加封泥長度的方式進行加藥，以免造成頂板底部細砂巖切斷困難。

由于頂板層理結構、不同巖層厚度沿推進方向上不斷變化，具體爆破方案應根據變化情況及時優化調整，確保爆破效果。

4 實踐效果

51041巷作為切頂卸壓留巷巷道進行切縫爆破試驗，切縫鉆孔已全部施工完成并已全部預裂爆破，爆破效果較好。巷道頂板穩定：巷道變形較小，頂板無明顯下沉，無扯頂現象；來壓步距明顯減小：初次來壓步距34m，周期步距31.05m。

減少了掘進工程量：81041（81043）面采用兩面三巷模式，較以往兩面四巷模式少掘一條巷道，每米節省費用9000元，共328萬元。大大降低采掘比，緩解采掘銜接緊張局面。

提高了資源回收率：不留設煤柱，多回收煤炭53400t，回采率提高14%，增收1602萬元，減少煤柱損失，提高回收率，延長礦井服務年限。

減少了巷道二次維護成本：51041巷切頂卸壓自動成巷，阻斷頂板應力傳遞，有效減小礦山壓力顯現，避免留巷巷道受采空區頂板應力傳遞造成巷道變形較大問題，巷道二次維護工程量小，成本低。