1226工作面運輸巷切頂卸壓沿空留巷技術研究

張能旺

（山西汾西礦業（集團）有限責任公司曙光煤礦，山西 孝義 032300）

1 工程概況

山西汾西礦業曙光煤礦1226工作面位于一采區西翼，工作面主采2#煤層，煤層均厚為2.85m。煤層偽頂為0.4m，直接頂為4.0m的粉砂質泥巖，基本頂為細砂巖，均厚為5.7m。工作面傾向長度180.5m，可采走向長度1562m，采用綜采工藝，采高為2.85m，沿頂底板割煤。為有效提高2#煤層煤炭的總體采出率，采用切頂卸壓沿空留巷技術，1226工作面的運輸巷作為留巷巷道，留巷寬×高=4.7m×3.5m。

2 切頂卸壓技術

采用雙向聚能爆破技術對1226工作面運輸巷進行頂板切縫。該技術是炸藥放置于聚能裝置中，在進行起爆作業時，炸藥的爆破力能夠在聚能裝置設定的方向上呈現出集中受力，而在非聚能方向上呈現出均勻受壓。當爆破力在聚能方向上的拉應力超出巖體自身的極限抗拉強度后，巖體便會沿著聚能爆破的方向進行拉斷。

基于眾多沿空留巷切頂卸壓技術的研究及工程實踐[1-2]，知合理預裂切縫深度為：H縫≥2.6H煤。1226工作面所采煤層為2.85m，得出H縫=7.41m。具體預裂切縫的深度及角度的參數，通過下式進行分析：

式中：

ΔH1-頂板下沉量，m；

ΔH2-底臌量，m；

k-巖體的碎脹系數，取為1.4。

當將巷道頂底板的移近量忽略不計時，得出H縫=7.1m。考慮到巖層厚度的變化情況，綜合確定H縫=7.5m。

依據所繪制1226工作面運輸巷側煤層覆巖分布，根據確定的切縫孔基準線結合巷道頂板巖性分布對1226工作面進行留巷工程區劃設計，將運輸巷劃分為A、B兩個分區。A區總共1042m，包括工作面端頭294m，靠近停采煤柱側718m，該區切頂高度10m；B區為剩余運輸巷的位置，總共550m，切頂高度11m，切縫孔距巷道回采側幫150mm，切縫面與鉛垂線夾角為15°，切縫孔間距初步設計為500mm。具體A、B分區如圖1所示。

圖1 運輸巷道切頂及錨索支護分區圖

為有效保障切頂卸壓技術的有效實施，通過試驗的方式確定聚能爆破鉆孔的封孔長度和裝藥量。根據理論和試驗結果得出，聚能爆破鉆孔的布置形式如圖2（a）所示。本次1226工作面運輸巷切頂卸壓聚能爆破作業時，特制聚能管型號為外徑×管長=42mm×1500mm，炸藥采用二級礦用乳化炸藥，炸藥藥卷規格為Φ32mm×200mm，聚能爆破鉆孔的封孔采用炮泥，設置封孔長度為2m。在現場具體實施聚能爆破切頂卸壓技術時，通過在爆破鉆孔內部設定位置安設聚能管，然后按照圖2（b）的方式在單個爆破鉆孔內進行爆破作業。裝藥作業結束后，可進行區域性的聚能爆破作業。

圖2 切頂雙向聚能爆破參數示意圖

3 沿空留巷方案

3.1 方案設計

（1）切頂方案設計

基于第二部分可知切頂恒阻錨索分為2個區進行， A區切頂高度10m，B區切頂高度11m。切頂卸壓留巷段需進行橫阻錨索加固，錨索長度一般比切頂高度長2m。但是在高于切頂線高度2m的范圍內，錨索須錨固在穩定的巖層中[3-4]，若沒有穩定的錨固層，就需要改變錨索的錨固位置。在A、B兩個區中，A區錨索長度12m，B區錨索長度13m。

運輸和材料巷及開切眼的切縫孔距巷道回采側幫150mm，切縫面與鉛垂線夾角為15°，切縫孔間距初步設計為500mm，施工時至少超前工作面50m，具體距離根據爆破試驗確定。切縫鉆孔布置剖面圖如圖3所示。

圖3 A、B分區切頂卸壓示意圖

（2）恒阻大變形錨索設計

為保障恒阻大變形錨索在切頂留巷中起到重要的懸吊作用，充分地保障錨索的錨固端，在進行恒阻錨索長度換算時，一般設計切縫高度H縫、超高2m及錨索外露長度0.3m之和為合理的恒阻大變形錨索的打設長度。考慮到頂板巖層分布、巷道原有支護參數情況，恒阻錨索設計長度分別為12.0m（A區）、13.0m（B區），如圖3所示。若考慮外露長度，須在圖3的基礎上加0.3m，分別為12.3m（A區）、13.3m （B區），施工時至少超前工作面100m，具體根據礦壓顯現情況調整。

根據1226工作面運輸巷原有錨桿索的支護方式，并結合眾多切頂卸壓沿空留巷的工程實踐結果，確定錨索與頂板方向垂直布置。1226工作面運輸巷布設兩列恒阻大變形錨索，第一列恒阻錨索距切縫鉆孔400mm（距回采側煤幫550mm），排距1000mm；第二列中線偏實體煤側200mm，排距2000mm。相鄰錨索間用3mm×280mmW鋼帶連接，恒阻大變形錨索選用直徑為21.8mm的錨索，在錨索上安設的恒阻器其尺寸為：直徑×長度=85mm×450mm，設置錨索的預緊力大于25t，錨索恒阻器上的恒阻值設置為32t。

留巷段回采側的絞車硐室、材料硐室、排水等硐室以及切縫線至上幫之間的錨桿、錨索在回采前進行退錨處理。硐室口及前后5m范圍內對頂板加強支護，W鋼帶長2.5m，寬280mm，第一列切縫側錨索的槽鋼擴3個孔，第二列錨索的W鋼帶擴2個孔。

工作面超前0～30m：該段屬于超前支承壓力的峰值區域，該區域礦壓顯現會比較劇烈，需要采用有效的加強支護方案保障巷道圍巖穩定。根據1226工作面回采巷道的具體地質條件，確定采用一梁三柱進行超前支護，棚距設置為800mm。具體如圖4（a）所示。

架后留巷臨時支護區（架后0～200m）：該區域的巷道圍巖由于采空區垮落矸石對頂板的摩擦作用，使得該段巷道會受到較大的動壓影響，進而致使巷道頂板的壓力較為明顯。因此，在架后0～200m范圍內，頂板需要臨時加強支護，該段采用門式鋼架進行支護，如圖4（b）所示。

圖4 臨時支護結構示意圖

3.2 效果分析

為分析1226工作面采用切頂卸壓沿空留巷技術的效果，在留巷內每10m處布置一組巷道表面位移監測站，通過十字布點法對巷道頂底板及兩幫的變形規律進行研究分析。根據長期觀測能夠得出巷道表面移近量—滯后工作面距離曲線圖，如圖5所示。

根據圖5可知，留巷巷道頂底板及兩幫變形速率呈現相同的變化趨勢。圍巖的變形量主要集中在滯后工作面0～100m，該階段巷道頂底板及兩幫變形速率均較大；在滯后工作面100m～200m區域內，巷道頂底板及兩幫的變形速率明顯降低，相對于頂底板變形量，兩幫變形量較小，最大變形量為80mm；在巷道滯后工作面距離大于200m時，巷道頂底板及兩幫變形速率已經很小，即能夠表明巷道圍巖在該階段基本達到穩定狀態，巷道的頂底板最大移近量為400mm，兩幫最大移近量為118mm。

圖5 巷道掘進期間圍巖變形量曲線圖

4 結論

根據1226綜采工作面的具體地質條件，結合切頂卸壓技術的原理，確定將工作面劃分為A、B兩個分區，切頂高度分別為10m和11m，并分別設計12m和13m長的恒阻大變形錨索安設在切頂位置處，結合工作面具體特征對切頂卸壓沿空留巷方案進行具體設計。根據礦壓監測結果知，切頂卸壓沿空留巷技術實施后，留巷頂底板最大移近量為400mm，兩幫最大移近量為 118mm，能夠保障巷道圍巖的穩定。