朱家店煤礦近距離煤層沿空留巷開采技術研究

＊劉澤兵

（山西離柳焦煤集團 山西 033000）

煤炭資源作為我國能源主體，綠色持續開采更符合當今形式，沿空留巷技術開采過程中很好的節約了資源。針對該技術大量學者做了深入研究，對沿空留巷布置過程中覆巖變化規律、巷道變形情況、巷道支護方式等多個方面做了深入研究。蔡明華以涼水井煤礦為研究背景，綜合運用理論計算，數值模擬和現場試驗的方法，對薄煤層堅硬頂板地質條件下沿空留巷技術進行了研究，確定了該類地質條件下工作面回采時相關設備選型配套。謝小平等運用理論分析與現場測試等方法，基于切頂卸壓爆破技術原理，對傾斜薄煤層沿空留巷圍巖控制的問題，提出了采用切頂卸壓爆破沿空留巷技術，確定了相關參數。劉國慶等以涼水井煤礦431301工作面為工程背景，分析了沿空留巷切頂卸壓機制和D型聚能管切縫機理，對沿空留巷切頂卸壓技術進行研究，最終確定了合理的爆破參數。金聲堯等為了研究上保護層采空條件下“三軟”煤層綜合機械化放頂煤開采沿空留巷圍巖變形特征，運用FLAC3D軟件對該復雜條件下沿空留巷圍巖應力分布情況進行模擬，并采用理論分析的方法闡述了沿空留巷圍巖變形3個階段內應力的變化規律。

通過現有文獻研究分析，筆者在已有研究基礎上針對朱家店煤礦4號近距離煤層沿空留巷布置技術進行研究，確定了該煤層回采過程中沿空留巷布置方式。

1.工程概況

朱家店煤礦位于山西省呂梁市中陽縣金羅鎮，生產規模為120萬t/a，井田南北走向長約4.5km，東西傾斜寬約3.1～4.6km。其中4號煤層為薄煤層，傾角為2～7°。

0403-Ⅰ工作面為0406工作面的接續工作面，0403-Ⅰ工作面設計推進長度為400m，工作面長度為100m。0403-Ⅰ軌道順槽設計斷面形狀為矩形，凈寬5m，凈高2.5m，凈斷面積12.5m2。0403-Ⅰ工作面布置圖如圖1所示。

圖1 0403-Ⅰ工作面布置圖

2.工作面頂板巖性窺視分析

根據現場工程地質條件，在試驗工作面留巷段巷道即0403-Ⅰ軌道順槽布置了2個原位測點，測點1距回風巷100m，測點2和測點1相距200m，開孔位置位于巷道頂板中間位置，垂直頂板施工鉆孔。

利用礦用本安型鉆孔成像儀于2021年1月21日分別對兩個鉆孔進行窺視成像利用成像儀分析評價軟件對探測結果進行分析處理。測試點1探測深度為13.374m，測試點2探測深度為14.316m。從輸出圖像可以看出，兩個鉆孔成像效果較好。工作面煤層平均厚度1.35m，平均采高1.4m。0403-Ⅰ工作面頂底板巖性描述如表1所示。

表1 煤層頂底板情況

3.切頂卸壓沿空留巷設計方案

(1)頂板定向預裂爆破技術方案

0403-Ⅰ工作面軌道順槽切縫孔距巷道中線1.95m，切縫面與鉛垂線夾角為15°，切縫孔間距初步設計為500mm，切頂鉆孔長度設計為7m，具體距離根據爆破實驗確定，切頂鉆孔參數如表2。切頂鉆孔布置圖如圖2。

表2 切頂鉆孔參數表

圖2 切縫鉆孔布置及加強支護圖

切頂鉆孔爆破過程中，對聚能管的選取至關重要，本次朱家店煤礦聚能管選取雙向聚能管。該特制聚能管壁厚5.5mm，其外徑為選取厚度為φ42mm。聚能管長度為1500mm，符合設計需要。爆破過程中，經過選取對比最終選擇直徑Φ32×300mm×300g/卷三級煤礦乳化炸藥，孔口采用炮泥封孔。

聚能管安裝于爆破孔內，每孔4根聚能管，單根1.5m，3根1.5m，1根1m。首先采用4+4+4+3的裝藥方式，每根聚能管安設1發雷管，每根聚能管之間利用炮泥間隔，每孔4發雷管，裝藥方式根據現場試驗情況具體調整，爆破孔口采用專業設備生產的炮泥（機制炮泥）封孔，封孔長度1.5m。采用正向裝藥爆破方式，單孔串聯，孔與孔之間并聯，即“串并聯方式”起爆。

(2)恒阻大變形錨索支護設計

恒阻大變形錨索的選取對頂板管理支護起到決定性作用，很大程度上影響頂板支護效果，所以本次最終選擇直徑為φ21.8mm；恒阻器長度為500mm，直徑φ64mm，恒阻值為290～480kN，預緊力不小于20t（200kN），恒阻器見圖3所示。錨索托盤規格300mm×300mm×16mm，中間擴孔直徑70mm±1mm，如圖4所示。

圖3 恒阻器示意圖

圖4 恒阻錨索托盤規格（單位：mm）

(3)采空區防漏設計

留巷側巷旁采用可縮性U型鋼支架支護。待工作面推過后，及時在工作面支架爆破切縫側進行擋矸支護，在靠近采空區側，先鋪設兩層鋼筋網，風筒布布置在鋼筋網夾層內，后架設U型鋼。風筒布尺寸為3200mm×2000mm，上下各超出300mm，超出部分分別固定到頂底板，并進行有效封閉，風筒布搭縫處寬度300mm，固定后亦進行封閉處理。

4.結論

（1）通過對工作面施工鉆孔進行鉆孔窺視，可以有效掌握頂板巖性情況，從而為沿空留巷布置技術提供依據。

（2）通過采空區防漏設計，可以有效控制采空區瓦斯外漏，防止回風巷瓦斯超限。