綜采工作面沿空留巷支護技術應用

劉 洋

（大同煤礦集團雁崖煤業公司，山西 大同 037001）

1 工作面概況

大同煤礦集團雁崖煤業公司8304工作面位于井田三盤區北翼。工作面東西布置，東部為井田邊界，南部為實煤區，西部為三條盤區大巷，北部為8305工作面。如圖1所示。

圖1 8304無煤柱工作面平面布置示意圖

8304工作面設計走向長度為1300m，傾向長度為220m，回采煤層為二疊紀下統山西組4#煤層，平均厚度為3.5m，煤層結構復雜，含多層矸石（總厚度為0.9m），煤層不穩定，易破碎。

為了提高工作面回采率，決定對8304、8305工作面采取無煤柱回采工藝。首先由機掘一隊在三盤區皮帶巷開口施工8304運輸順槽（2304巷），巷道施工到位后按設計拐彎施工8304工作面切巷，施工到位后施工回風順槽（5304巷），施工到位后與盤區回風巷貫通，形成通風系統。然后從距5304巷210m處南側皮帶巷開口施工2305巷及8305工作面切巷，到位后與5304巷貫通，5304巷為沿空巷道。

由于8304工作面地質構造復雜，煤層不穩定，為了防止8305工作面回采期間及采空區垮落過程中造成沿空留巷段頂板冒落等事故，決定對沿空留巷頂板采取松動爆破預裂切頂施工，并采取“恒阻錨索+支設T型鋼棚+邁步式W型錨索吊棚”聯合支護措施。

2 松動爆破預裂切頂施工工藝

8304工作面直接頂主要以炭質泥巖為主，厚度為2.2m，回采后完全垮落；基本頂主要以粉砂巖為主，巖體厚度為8.4m，巖體普氏系數f=5.5，巖體硬度大，回采后難以及時垮落，易形成暴露懸頂。所以為了加快工作面回采后直接頂垮落，切斷工作面應力傳遞現象，達到卸壓目的，決定在8305工作面回采過程中，對沿空巷（5304巷）進行松動爆破預裂切頂施工。

2.1 施工原理

松動爆破預裂切頂主要是對切頂處施工爆破孔，并在爆破孔內安裝聚能管，聚能管上設置聚能槽或聚能爆破孔，通過聚能管內炸藥起爆時產生的聚能爆破沖擊波，實現巖體定向爆破預裂的效果。由于乳化炸藥在壓縮性較小的聚能管爆破時爆破能量主要以動能進行釋放，并按指定方向形成高能流，有效避免了傳統爆破孔爆破時出現的能力分散現象。預留爆破效果主要取決于爆破巖體硬度、爆破炮孔深度、裝藥量、炮孔間距等。

2.2 施工工藝

（1）5304巷頂板聚能爆破孔施工在距8305工作面煤壁0.1m處，爆破孔沿巷道走向且直線布置。鉆孔直徑為43mm，鉆孔深度為6.0m，鉆孔間距為0.8m，鉆孔向采空區方向以75°斜角布置。

（2）鉆孔施工完后對鉆孔內安裝三根孔狀聚能管，每根孔狀聚能管長度為2.0m，直徑為40mm。聚能管兩側均勻布置6個圓孔，圓孔直徑為10mm，孔間距為0.4m，相鄰兩根聚能管采用方形塑料連接套連接。聚能管安裝后保證側面孔在水平面上沿巷道走向布置。

（3）聚能管安裝后對鉆孔內填裝礦用三級乳化炸藥，單卷裝藥量為300g，每個爆破孔內填裝8支藥卷，裝藥量為2.4kg。同時對每個鉆孔內安裝一支毫秒延期電雷管，且采用正向裝藥方式。

（4）裝藥完成后對炮孔采用黃泥進行封孔處理，封孔長度為2.0m，封泥段與裝藥段間隔0.5m空氣柱。爆破時每次允許爆破炮孔數量不得超過3個，當巷道爆破切頂長度達10m時停止爆破，保證巷道爆破長度超前工作面煤壁5～10m范圍內。

3 沿空留巷聯合支護措施

為了保證8305工作面回采過程中降低采動對沿空巷頂板穩定性影響，防止8305工作面采空區巖體涌入沿空巷，決定沿空巷采取“恒阻錨索+支設T型鋼棚+邁步式W型錨索吊棚”聯合支護措施。

3.1 恒阻錨索施工

（1）沿空巷頂板施工恒阻錨索長度為8.3m，直徑為21.6mm，恒阻錨索施工在距切頂線0.5m處，錨索間距為1.0m，錨索垂直頂板且沿巷道走向布置，采用加長錨固形式。每根錨索采用一支MSK23/35型和兩支MSK23/60型錨固劑進行錨固，錨固長度不得低于1.5m。

（2）錨索錨固后外露長度控制在0.3m范圍內，同時每兩根恒阻錨索安裝一根10#槽鋼。槽鋼長度為1.2m，槽鋼平面與頂板接觸，槽鋼安裝后采用鎖具進行預緊。如圖2所示。

（3）在進行恒阻錨索施工前必須安裝錨索施工導向線，并進行錨索定位，保證百米范圍內錨索施工后水平直線與切頂線平行。

3.2 邁步式W型錨索吊棚施工

（1）沿空巷頂板施工的錨索吊棚主要由18#“JW”型鋼梁及錨索組成，鋼梁長度為3.0m，寬度為18mm，距鋼梁兩端0.6m處各焊制一個錨索穿孔，孔徑為25mm。錨索采用長度為5.0m、直徑為17.8mm預應力鋼絞線，共計兩根。

（2）為了防止鋼梁對頂板切頂破壞，頂板“JW”型錨索吊棚采用“四.三.四”走向邁步式布置方式。即第一組共計施工四排錨索吊棚，錨索吊棚沿巷道走向布置，吊棚間距為2.0m，第一排鋼梁距切頂線間距為1.0m。

（3）第二組共計施工三根錨索吊棚，且施工在第一組相鄰兩排錨索吊棚間隙處與第一組交錯布置，交錯距離為1.0m。第三組錨索吊棚與第一組布置方式相同，如圖2所示。

3.3 支設T型鋼棚

為了防止8305工作面采空區有害氣體及煤矸石涌入沿空巷，決定對8305采空區側支設“T”型鋼棚進行擋矸護頂。

（1）“T”型鋼棚高度為3.5m，頂梁長度為1.0m，鋼棚頂梁沿巷道走向布置，鋼棚支設間距為1.0m，鋼棚支設在距切頂線0.3m處。鋼棚支設完成后在相鄰兩架鋼棚之間采用五組拉桿進行固定，拉桿采用長度為1.0m、直徑為30mm圓鋼制成，拉桿間距為0.7m。

（2）“T”型鋼棚支設完成后，在鋼棚上一次捆綁8#鉛絲金屬網，網規格為長×寬=6.0m×1.2m，金屬網與鋼棚之間采用五花方式捆綁，金屬網鋪設完成后再鋪設風筒布。8304工作面在回采過程中隨著沿空巷甩入采空區，依次回收T型鋼棚。

圖2 8304工作面沿空巷頂板聯合支護平面示意圖

4 效果

（1）8304工作面沿空留巷段采取松動爆破預裂切頂施工后，有效阻斷了8305工作面回采應力傳遞，實現了卸壓作用，避免了工作面集中應力對沿空巷頂板垂直破壞作用。同時，預裂爆破后對堅硬基本頂起到定向預裂作用，8305工作面采空區垮落時實現了切斷性垮落，避免了8305采空區頂板垮落時，造成沿空巷頂板剪拉破壞。

（2）通過對沿空巷采取聯合加強支護措施，提高了沿空巷頂板穩定性，有效阻止了8305工作面采空區煤矸及有害氣體涌入現象，保證了8304工作面無煤柱回采施工安全。沿空巷采取聯合支護措施后，8305工作面回采時對頂板穩定性影響小，巷道位于采空區側頂板出現局部下沉現象，最大下沉量控制在0.12m以下，巷道內未出現瓦斯超限現象。