2414 工作面切頂卸壓無煤柱留巷技術(shù)研究

于靜波

（新汶礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司孫村煤礦，山東 新泰 271219）

隨著開采強(qiáng)度的增加，傳統(tǒng)長(zhǎng)壁一面兩巷留煤柱開采方式所造成的煤炭回收率低、采掘比高、資源浪費(fèi)的問題日益突出。同時(shí)，工作面沿空巷道受動(dòng)壓影響而引起的巷道圍巖大變形、頂板塌方、沖擊地壓以及煤與瓦斯突出等工程災(zāi)害也日趨嚴(yán)重，占到所有災(zāi)害70%左右。解決上述問題的關(guān)鍵在于切斷頂板應(yīng)力傳遞，消除誘發(fā)工程災(zāi)害的應(yīng)力來源。為此，工作面切頂卸壓沿空成巷無煤柱開采方法[1-6]應(yīng)運(yùn)而生。

工作面切頂卸壓沿空成巷無煤柱開采方法在工作面煤層回采前，在回采巷道邊緣將要形成的采空區(qū)側(cè)頂板切一條縫形成一個(gè)面，待工作面煤層回采后，在礦山壓力作用下，頂板沿切縫自動(dòng)切落形成巷道的一個(gè)墻壁，既隔離采空區(qū)又保持該巷道的完整性，從而將自動(dòng)形成的巷道作為下一個(gè)工作面的運(yùn)輸巷使用。孫村煤礦為了減少巷道掘進(jìn)量，從根本上扭轉(zhuǎn)采掘銜接緊張的局面，而降低礦井掘進(jìn)率，決定在2414 工作面的軌道巷采取沿空留巷技術(shù)，使該留巷能為2413 綜采工作面服務(wù)。

1 工程概況

孫村煤礦2414 回采工作面走向長(zhǎng)度1435 m，傾向長(zhǎng)度118 m，開采4 煤層，煤層厚度2.2～3.5 m，煤層傾角1°～3°。2414 工作面軌道巷為錨桿、錨索聯(lián)合支護(hù)矩形巷道，凈寬4.5 m，凈高2.8 m。基于智能化礦井建設(shè)的要求，該工作面的開采按“智能平臺(tái)集控化、云端網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)化、采煤裝備智能化、掘進(jìn)裝備快速化、輔助設(shè)施自動(dòng)化”的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建設(shè)。

在2414 工作面軌道巷頂?shù)装逦恢眠M(jìn)行打鉆取芯，對(duì)試樣進(jìn)行物理力學(xué)參數(shù)測(cè)試，結(jié)果見表1。

2414 工作面4#煤頂?shù)装迩闆r：偽頂炭質(zhì)泥巖，厚0.3 m；直接頂中粒砂巖，厚2.8 m，灰黑色，質(zhì)地細(xì)膩，見多層菱鐵礦結(jié)核和少量橢球狀菱鐵礦結(jié)核，斷口平坦?fàn)?；基本頂粉砂巖，厚度約2.5 m，淺灰～灰色；直接底砂質(zhì)泥巖，厚 3.7 m， 灰黑色，含大量星散狀黃鐵礦和植物化石。從表1 測(cè)試數(shù)據(jù)可知，4#煤層的強(qiáng)度偏低，但是該煤層直接頂、直接底以及基本頂?shù)膹?qiáng)度整體較高。

表1 2414 工作面軌道巷頂?shù)装鍑鷰r賦存情況及力學(xué)參數(shù)

該工作面地質(zhì)條件局部復(fù)雜，斷層發(fā)育，工作面回采過程中共揭露19 條小斷層。其中有8 條斷層對(duì)軌道巷圍巖穩(wěn)定性影響較大，分別為正斷層F1、正斷層F3、正斷層F5、正斷層F7、正斷層F9、正斷層F10、正斷層F11、正斷層F13。

2 沿空留巷方案設(shè)計(jì)

2.1 巷內(nèi)支護(hù)設(shè)計(jì)

在2414 工作面軌道巷頂板布設(shè)3 列恒阻大變形錨索進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固，從而控制頂板下沉，來實(shí)現(xiàn)巷道的非對(duì)稱性補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)目的。

第一列恒阻錨索布置：切縫側(cè)排距1000 mm，距巷幫50 mm，垂直于頂板方向布置，施工時(shí)加設(shè)W 鋼帶；

第二列恒阻錨索布置：巷中排距1500 mm，與水平豎直方向布置；

第三列恒阻錨索布置：實(shí)體煤側(cè)排距3000 mm，距實(shí)體煤幫500 mm，與鉛垂線夾角10°方向布置。

恒阻大變形錨索直徑為Ф21.8 mm，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)況，錨索長(zhǎng)度12 300 mm；恒阻器Ф65±3 mm，恒阻值為33 t±2 t，恒阻器長(zhǎng)500 mm，恒阻錨索排距為2000 mm，每排 1 根；錨索與巷道頂板垂直，預(yù)緊力不小于28 t。在2414 工作面軌道巷回采期間，根據(jù)巷道圍巖結(jié)構(gòu)形態(tài)采用單體液壓支柱+花邊梁進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)[6]。2414 工作面軌道巷內(nèi)支護(hù)斷面如圖1。

圖1 2414 工作面巷道內(nèi)支護(hù)斷面示意圖

2.2 巷旁支護(hù)設(shè)計(jì)

在開采過程中，為防止2414 工作面軌道巷采空區(qū)垮落矸石滾落下滑對(duì)擋矸結(jié)構(gòu)造成較大的破壞，在架后6 m 區(qū)域內(nèi)設(shè)置自移式擋矸板進(jìn)行有效防沖擊支護(hù)，其后采用可縮性25U 型鋼+單體液壓支柱進(jìn)行支護(hù)。采用一梁四柱，靠近切縫側(cè)單體液壓支柱間距為800 mm，另一側(cè)單體液壓支柱間距為1600 mm，梁排距為1000 mm。兩可縮性25U 型鋼之間增加連桿，同時(shí)距擋矸側(cè)25U 型鋼100 mm巷內(nèi)布設(shè)單體液壓支柱一列，排距500 mm，距原切縫側(cè)單體液壓支柱100 mm 巷內(nèi)布設(shè)單體液壓支柱一列，排距1000 mm。

2.3 頂板預(yù)裂爆破施工工藝方案

針對(duì)2414 工作面沿煤層頂板堅(jiān)硬不易垮落的情況，對(duì)該工作面軌道巷沿空留巷在頂板預(yù)裂爆破施工。采用超前爆破預(yù)裂方法調(diào)整基本頂巖層破斷形態(tài)。

超前工作面每隔25 m 施工一個(gè)鉆場(chǎng)，在每個(gè)鉆場(chǎng)內(nèi)施工2 組爆破鉆孔，每組含3 個(gè)鉆孔并呈扇形布置，與工作面走向成2°～10°施工，炮孔孔底距離工作面10～20 m 時(shí)裝藥爆破。

鉆孔施工選用SGZ ⅢA-150 型鉆機(jī)，鉆頭直徑75 mm。采用煤礦三級(jí)安全水膠炸藥，藥卷規(guī)格為直徑60 mm，長(zhǎng)1000 mm，封孔長(zhǎng)度均為10 m。

3 留巷效果

采用切頂卸壓沿空留巷無煤柱開采技術(shù)對(duì)2414工作面進(jìn)行了回采，當(dāng)前已回采并成功成巷800 m。對(duì)軌道巷進(jìn)行保留后，采用切頂卸壓自動(dòng)成巷PU監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明：沿空留巷段巷道頂板整體變形較小，留巷穩(wěn)定后，切縫側(cè)巷道頂板最大下沉量為483 mm，實(shí)煤體側(cè)頂板下沉量112.3 mm，底鼓最大值為48 mm。工作面巷道圍巖穩(wěn)定性較高，留巷效果較好，可以滿足下一個(gè)2413 工作面的回采生產(chǎn)需求。