蘭花寶欣煤業切頂卸壓沿空留巷技術研究與應用

李曉鵬

（山西古縣蘭花寶欣煤業有限公司，山西 臨汾 042405）

國家大力提倡可持續發展，對于煤礦企業來說，如何提高煤炭采出率成為熱點話題[1]。據統計，我國井下巷道長度已超過4 萬km，其中回采巷道占80%以上，目前回采巷道一般采用寬煤柱護巷技術。由于寬煤柱的留設導致煤炭采出率降低，同時現有煤柱一般留設15～30 m，在工作面采動影響下，巷道圍巖也依然處于采動影響范圍內，巷道變形破壞嚴重，復修頻率高，嚴重威脅著礦井的安全生產[2-4]。沿空留巷技術是將上區段回采巷道留設下來用于下區段，具有緩解采掘接續緊張、提高煤炭采出率、改善通風環境、降低開拓工程成本等優點，目前已廣泛應用于大中小礦井[5-6]。沿空留巷方法主要有切頂留巷和巷旁充填兩種留巷方法[7-8]。其中，切頂留巷是指切頂卸壓沿空留巷，該技術可切斷采空區上覆堅硬頂板結構內的支承應力傳遞，改善巷道圍巖應力環境。蘭花寶欣煤業面臨采掘接續緊張局面，為此，計劃采用切頂卸壓沿空留巷技術將2201 軌道順槽保留下來當做下區段回采巷道。

1 工程概況

2201 工作面位于礦井工業廣場東南側，地表為山坡地段，無建筑物，東側為實煤區，西側依次為南翼運輸巷、南翼2#總回風巷、南翼軌道巷，南側為實煤區、2203 膠帶順槽，北側為實煤區。地面標高+1129～ +1355 m，工作面標高+695～ +735 m，工作面走向長度111 m，傾斜長度平均746.3 m。煤層穩定，煤層厚度在0.7～0.9 m之間，平均厚度為0.8 m，整體坡度較為平緩。2201 軌道順槽斷面為矩形斷面，掘進寬度4.2 m，掘進高度2.5 m，支護方式采用錨桿（索）+錨網+鋼筋梯子梁聯合支護。

2 切頂卸壓沿空留巷技術

切頂卸壓沿空留巷技術主要包括以下四個方案。

2.1 巷道補強加固支護方案

為了保證切頂過程和周期來壓期間巷道的穩定性，采用恒阻大變形錨索對巷道進行補強加固。恒阻大變形錨索為長度9.3 m、直徑21.8 mm的1×19-1860 型高預應力低松弛鋼絞線，破斷力≥550 kN，每排2 根，共打設2 列恒阻錨索。第1 列恒阻錨索距留巷幫700 mm，排距1000 mm；第2 列恒阻錨索距第1 列恒阻錨索1500 mm，排距2000 mm，垂直于頂板方向布置，托盤選用300 mm×300 mm×20 mm 的平托盤。第1 列恒阻錨索相鄰錨索之間用W 鋼帶連接（W 鋼帶平行于巷道走向），W 鋼帶選用2600 mm×300 mm×5 mm 的鋼板制作，每根錨索采用3 支Z2360 樹脂錨固劑，錨索錨固力不低于45 t，恒阻值為35±2 t，預緊力不小于28 t。圖1 為巷道補強加固支護斷面。

圖1 巷道補強加固支護斷面

2.2 頂板精準定向預裂切縫方案

切縫孔距工作面幫200 mm，沿巷道頂板平行布置一排，間距500 mm，切縫孔直徑Φ52 mm，深度7 m，切縫孔角度與鉛垂線夾角15°（傾向采空區側）。圖2 為鉆孔布置示意圖。采用二級煤礦乳化炸藥，兩孔連續裝藥隔一個孔裝藥，D 型聚能管不耦和裝藥方式，D 型聚能管外徑33 mm，單根聚能管長度2 m，聚能管扣蓋必須朝向采空區方向，每孔使用3 根聚能管，最后用炮泥封孔，封泥長度2 m，單孔裝藥量2.7 kg，雷管7 發。圖3 為D 型聚能管裝藥結構圖。

2.3 臨時加強支護方案

超前工作面30 m 至滯后工作面200 m 范圍內，采用DW2.8 型單體柱+DFB3000-300π 型梁進行臨時加強支護，一梁四柱，排距1.0 m。圖4 為臨時加強支護斷面圖。

圖2 鉆孔布置示意圖

圖3 D 型聚能管裝藥結構圖

圖4 臨時加強支護斷面圖

2.4 巷幫擋矸防護方案

工作面后方沿空留巷巷幫擋矸防護采用“擋矸金屬網（鋼筋網）+伸縮式護幫檔矸架”進行擋矸防護。伸縮式護幫檔矸架型號RTD29-2000/02，搭接長度不小于1.0 m，間距 500 mm，每排1 組伸縮式護幫檔矸架；金屬網采用鋼筋網+菱形網。端頭過渡支架移架后，緊貼支架先搭接擋矸金屬網，再架設伸縮式護幫檔矸架。擋矸金屬網和伸縮式護幫檔矸架都位于切縫下方靠巷道采空區一側，緊貼切縫邊緣，與液壓支架平行布置。伸縮式護幫檔矸架下扎不小于100 mm，在架設前需要做柱窩，柱窩低于巷道底板100 mm。圖5 為巷幫擋矸防護示意圖。

圖5 巷幫擋矸防護示意圖

3 巷道圍巖控制效果

切頂卸壓沿空留巷技術用于2201 工作面軌道順槽，監測了超前工作面30 m 至滯后工作面300 m 范圍內的巷道圍巖移近量。圖6 為巷道頂底板及兩幫移近曲線圖，超前工作面30 m 巷道開始出現變形，超前范圍內巷道圍巖變形緩慢，實煤體幫移近速度約1.2 mm/d，頂底板移近速度約1.3 mm/d。當巷道滯后于工作面時，圍巖變形速度明顯加快，在滯后工作面0～120 m 范圍內，巷道變形速度相對最快，實煤體幫移近速度約5.8 mm/d，頂底板移近速度約4.2 mm/d；滯后工作面140～200 m 范圍內，巷道變形速度有所減緩，實煤體幫移近速度降低至3.8 mm/d，頂底板移近速度降低至2.4 mm/d；滯后工作面200 m 范圍外，巷道圍巖趨于穩定，實煤體幫最大移近量約141 mm，頂底板最大移近量約203 mm。試驗巷道在留巷范圍內未發生大變形現象，保留下來的巷道尺寸滿足下區段工作面使用，證明了切頂卸壓沿空留巷技術的合理性和優越性。

圖6 巷道頂底板及兩幫移近量曲線圖

4 結論

沿空留巷具有緩解采掘接續緊張、提高煤炭采出率、改善通風環境、降低開拓工程成本等優點。以2201 工作面軌道順槽為工程背景，提出了以巷道補強加固支護方案、頂板精準定向預裂切縫方案、臨時加強支護方案、巷幫擋矸防護方案為主的切頂卸壓沿空留巷技術。技術應用后，現場監測了巷道變形，監測結果顯示巷道圍巖變形主要發生在滯后工作面200 m 范圍內。同時現場考察發現，試驗巷道未發生大變形現象，證明了切頂卸壓沿空留巷技術的合理性和優越性。