泰業煤礦8102運輸順槽沿空留巷技術實踐

胡奇峰

(山西樓俊集團 泰業煤業有限公司， 山西 呂梁 033200)

沿空留巷是指采用一定的技術手段將上一工作面巷道保留并在下一工作面回采時復用的技術，其憑借高煤炭回收率、低巷道掘進率等優勢在我國各大礦區的應用日益廣泛[1,2]. 沿空留巷巷道穩定與否是沿空留巷技術是否成功應用的關鍵。目前，沿空留巷主要采用砌筑矸石墻、高水材料充填、支設密集支柱(木垛)和定向預裂爆破切頂留巷等工藝，但砌筑矸石墻勞動效率低，高水材料充填留巷成本較高，定向預裂爆破切頂專業性強、技術難度大、安全系數低[3-5]. 基于此，結合泰業煤礦實際生產地質情況，提出“水力預裂切頂+分段支護”的沿空留巷工藝，并在8102運輸順槽進行實踐。

1 工程概況

泰業煤礦目前主采9#煤，煤層厚度0.1～4.5 m，平均厚度2.0 m；煤層傾角4°～8°，平均傾角6°. 8102工作面北鄰8302工作面采空區，南為緊鄰礦界保安煤柱，東為村莊保護煤柱，西為F7斷層，工作面走向長1 431 m，傾斜長197～242 m，工作面底板標高-334.4～-403.9 m. 工作面煤層頂底板情況見表1.

表1 煤層頂底板基本情況表

2 巷道原支護設計及參數

8102運輸順槽為矩形斷面，斷面尺寸為：寬4 200 mm×高3 800 mm，采用錨網梯支護(圖1). 頂板采用d18 mm×2 400 mm螺紋鋼錨桿，間排距為800 mm×900 mm，其中兩肩窩錨桿與水平成75°夾角。兩幫采用d18 mm×1 800 mm螺紋鋼錨桿，并加木托板以加強支護，間排距為1 000 mm×900 mm，頂板下第一排錨桿仰角15°，最下邊一排錨桿俯角15°. 頂板掛8#菱形鐵絲網，掛到幫部最上面一根錨桿托盤下沿。頂板錨桿掛全長4 000 mm錨梯1根，幫部掛高分子網。每根錨桿均用2支樹脂錨固劑錨固，錨固長度不少于1 000 mm，錨桿抗拔力不小于58.8 kN.

圖1 8102運輸順槽原支護斷面圖

3 沿空留巷方案

3.1 水壓預裂切頂

定向水力預裂切頂是指在沿空留巷巷道采空區側頂板巖層中預先切割出一個定向裂縫，在較短時間內注入高壓水，使巖(煤)體沿定向裂縫擴展，對其頂板堅硬巖層進行超前定向預裂，隨回采工作面的推進，其頂板在上覆巖層重力作用下沿切頂縫切落形成沿空巷道巷幫，從而達到隔離采空區和確保沿空巷道完整的目的[1-4]. 此外，水壓預裂切頂有效縮短了頂板懸臂長度，使長懸臂梁改為短懸臂梁，降低巷道圍巖應力[5,6].

8102運輸順槽水壓預裂切頂卸壓鉆孔采用普通地質鉆機施工，鉆孔距采空區側巷幫0.3～0.5 m，徑為50 mm，鉆孔與垂線夾角為12°，鉆孔間距為10 m. 由于工作面上部為8#煤采空區，故孔深取基本孔頂厚度的一半(10～15 m)，一般為15 m. 每個鉆孔均布設預裂槽。8102運輸順槽頂板水力預裂鉆孔布置見圖2.

圖2 水力定向預裂切頂示意圖

注水致裂裝置系統見圖3，從泵站引出一條高壓管，在高壓管上安裝控制閥、流量計和壓力表，然后引出一條高壓膠管，將控制閥、卸壓閥、轉接頭和高壓封孔器等裝置與預裂孔連接以形成完整注水致裂系統。此外，依據8102運輸順槽實際工程地質條件和以前的水力致裂經驗，將注水壓力設置為25 MPa，由于每個水力致裂鉆孔具體情況不同，單孔水力致裂的時間為10～60 min. 為了獲得良好的水力致裂效果并不影響工作面推進速度，超前煤壁60～100 m對沿空巷道頂板進行水力致裂卸壓。

3.2 巷道支護方案

在8102運輸順槽采用水力預裂切頂沿空留巷時，為了維護巷道穩定，分別采用超前支護、端頭支護和留巷段支護3種支護方式對沿空留巷圍巖變形進行控制，具體如下：

圖3 高壓水力致裂裝置系統示意圖

1) 超前支護。對超前工作面煤壁30 m范圍的巷道采用“單體柱+工字鋼梁+錨索梁”的支護方式進行加強支護。單體柱采用DZ-2.8 m型液壓單體柱，3排布置；工字鋼梁由礦用11#工字鋼，長3.8 m；錨索梁由16B槽鋼加工制成，長3.8 m，每根錨索梁上布置3個錨索孔，孔間距為1.7 m；錨索采用1×7股d21.6 mm×8 000 mm的預應力鋼絞線；錨梁超前工作面煤壁60 m布置。錨索使用3支MSCK2350樹脂錨固劑錨固，錨固力設計值為200 kN.

2) 端頭支護。在工作面端頭前3架支架前鋪設金屬菱形網和塑料網，雙網均沿傾向布置。當巷道頂板金屬菱形網腐蝕和損壞時，再補鋪1層金屬菱形網。若超前支護范圍外的巷道變形較大時，可采取打點柱或套棚的方式進行支護；巷道頂板變形量較大致使頂網完整性被破壞時，可加鋪單層網來加強護頂。端頭支護與排頭支架的間距不大于0.5 m.

3) 留巷段支護。留巷段采用單體與U型鋼梁支護。工作面割煤結束端頭支架推移前，在端頭支架尾梁側的U型鋼梁兩端架設單體支柱，同時在支架側護板和單體支柱之間吊掛鋼筋網(d6.5 mm鋼筋焊制，規格為2 000 mm×1 000 mm，網格為100 mm×100 mm)，所吊掛的鋼筋網上部和頂板金屬菱形網相聯，下部鋪到底板。在完成上述支護后，再拉移端頭支架。當巷道圍巖破碎時，用方木接頂、背實，并采用十棚連鎖器和頂板錨桿進行頂板和兩幫鎖棚，幫部連鎖材料使用80 mm寬鋼帶或專用連鎖材料，頂板鎖棚錨桿使用d18 mm×1 800 mm的樹脂螺紋鋼錨桿配合15 mm厚鋼板。

4 工業性試驗

4.1 支護效果分析

在8102運輸順槽水力預裂切頂沿空留巷期間，在巷內布置測點對其圍巖變形情況進行觀測，結果見圖4. 由圖4可知，巷道表面兩幫和頂底板位移量均隨距工作面距離的增大先后經歷快速增長、緩慢增長和趨于穩定3個階段。巷道兩幫和頂底板移近量最大值分別為56.20 mm和104.45 mm，圍巖變形控制效果顯著，完全滿足下一工作面復用要求。

圖4 巷道圍巖變形情況監測結果圖

4.2 經濟效果分析

8102運輸順槽采用沿空留巷技術后，使3下207工作面長度增加4 m，回采煤量增加7 400 t，按260元/t計算，可增加經濟效益192.4萬元。沿空留巷延米材料及人工費用為5 312元/m，新掘巷道延米材料及人工費用為5 400元/m，延米材料及人工費用減少88元，沿空留巷720 m共減少材料及人工費用6.34萬元。3下209材料巷沿空留巷方案實施后增加經濟收益為192.4+6.34=198.74萬元。

5 結 語

為提高煤炭資源回收率、緩解采掘接替緊張，在泰業煤業8102運輸順槽采用水力預裂切頂沿空留巷技術，提出了工作面超前段、端頭支護和留巷段支護方案。現場應用結果表明，采動影響下8102運輸順槽水力預裂切頂沿空留巷期間，巷道兩幫和頂底板移近量分別穩定在56.20 mm和104.45 mm，圍巖變形完全滿足下一工作面復用要求，且在沿空留巷方案實施后取得了顯著的經濟效益。