晉華宮礦8714工作面切頂卸壓沿空留巷方案設(shè)計及應(yīng)用

張 堯

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)晉華宮礦，山西 大同 037006）

0 引言

晉華宮礦12-2號層307盤區(qū)東部為青瓷窯逆斷層，南部為305盤區(qū)，西部與云岡礦相鄰[1]，地面標(biāo)高約1 232.3～1 291.0 m，井下標(biāo)高822～876 m，埋藏深度約362 m，煤層賦存穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，8714工作面屬礦井+810 m水平，為首采工作面，工作面走向長度1 563 m，傾向196 m，工作面巷道沿煤層頂板掘進(jìn)，煤層平均厚度6.01 m，平均傾角為5°，屬于原生結(jié)構(gòu)煤層，煤層硬度系數(shù)為3.0。

1 研究內(nèi)容

2714巷沿煤層頂板留底掘進(jìn)，為矩形斷面，規(guī)格為5 600 mm×4 000 mm，采用錨網(wǎng)索帶支護(hù)方式，隨著工作面的不斷推進(jìn)，基本頂失去支承，出現(xiàn)垮落，因此，在8714工作面回采過程中，采用切頂卸壓和沿空留巷技術(shù)[2]，將2714巷保留下來作為8712工作面區(qū)段順槽使用，在計劃留巷的工作面回采前采用預(yù)裂爆破技術(shù)，將巷道上方基本頂及以下的巖層切斷，使巷道頂板形成短臂梁結(jié)構(gòu)，并采取一定補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)措施保證頂板穩(wěn)定。工作面的布置示意圖如圖1所示。

圖1 8714工作面布置圖

2 設(shè)計方案

2.1 頂板補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)方案

沿空留巷先后經(jīng)歷掘進(jìn)動壓、超前支承壓力、端頭壓力、周期來壓動壓和圍巖運(yùn)動壓力影響，與常規(guī)巷道相比，沿空留巷的壓力更大、服務(wù)年限更長，因此必須在原有不留巷支護(hù)強(qiáng)度的基礎(chǔ)上對留巷進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)[3]。對2714機(jī)巷切眼至停采線外15 m，共計約1 500 m巷道進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，在爆破前完成施工，至少超前爆破位置100 m，根據(jù)巷道掘進(jìn)情況，采用錨索排距3 000 mm對頂板進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。

在原有支護(hù)的基礎(chǔ)上增加“錨桿+錨索+鋼筋梯+鋼筋網(wǎng)”支護(hù)頂板，如圖2所示。具體為：錨索采用規(guī)格為?21.8 mm×8 300 mm的鋼絞線，間排距2 000 mm×1 000 mm，采用2-2-1布置方式，與頂板原有錨桿對齊，所有錨索垂直頂板布置。托盤規(guī)格300 mm×300 mm×16 mm，錨索錨固力在500 k N以上，預(yù)緊力300 k N以上；錨桿規(guī)格?18 mm×2 000 mm，間排距4 000 mm×1 000 mm，每排2根，與頂板原有錨桿對齊，垂直頂板布置，錨桿托盤150 mm×150 mm×10 mm；鋼筋梯采用規(guī)格為?14 mm×4 500 mm，排距1 000 mm/2 000 mm；鋼筋網(wǎng)采用規(guī)格2 900 mm×2 200 mm，6 mm圓鋼制作，搭接長度200 mm，其中實(shí)體煤幫與幫網(wǎng)搭接，回采幫不搭接。

圖2 頂板補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)示意圖

2.2 超前預(yù)裂切縫方案

爆破鉆孔距巷道中線S≥2 600 mm，施工時應(yīng)根據(jù)幫鼓情況、肩角情況、頂板錨桿位置和鉆機(jī)施工位置進(jìn)行調(diào)整，具體示意圖如圖3所示。

圖3 爆破鉆孔示意圖

鉆孔垂直巷道中線，傾角為85°，即鉆孔方位角270°，仰角85°，鉆孔直徑為50±2 mm，孔間距500 mm，由于上覆采空區(qū)的存在，為防止爆破引起采空區(qū)內(nèi)瓦斯氣體爆炸，現(xiàn)場應(yīng)根據(jù)層間距情況、目標(biāo)切頂高度調(diào)整目標(biāo)鉆孔深度，預(yù)裂切縫鉆孔深度為10.6、9.1、11.6、12.3 m。

選用三級煤礦許用乳化炸藥[4]，直徑35 mm，長280 mm，重量300 g，計算單孔裝藥量和藥卷數(shù)量，其中，單孔裝藥量分別為4.9、3.8、4.9、5.2 kg，換算成藥卷數(shù)量分別為15、13、16、17卷。由于工作面頂板堅硬，封孔長度較長會導(dǎo)致淺部未切頂段的堅硬巖層厚度增加，嚴(yán)重影響切頂效果，不利于頂板破斷，造成留巷壓力增大，暫定8714巷超前預(yù)裂切縫封孔長度為2.6～3.8 m，根據(jù)現(xiàn)場爆破效果隨時進(jìn)行調(diào)整。裝藥段采用D型聚能管作為載體進(jìn)行裝藥，為減小D型聚能管連接次數(shù)，避免出現(xiàn)截割聚能管的情況，采用1.5 m和2 m長的D型聚能管配合使用，裝藥結(jié)構(gòu)按照每部分不超過6卷，根據(jù)頂板巖層巖性分布情況合理分配，每部分炸藥由一發(fā)電雷管引爆，電雷管正向裝藥，每次起爆的鉆孔采用相同段別的電雷管，孔內(nèi)布置2根連接線，電雷管與該連接線并聯(lián)連接，孔內(nèi)所有雷管并聯(lián)連接，空間通過連接線串聯(lián)連接，封孔采用黃土炮泥或粘土炮泥進(jìn)行封孔，每次爆破5～10個炮孔，初期每次爆破5個炮孔，根據(jù)現(xiàn)場爆破結(jié)果逐次增加一起起爆炮孔數(shù)量，具體的裝藥及封孔結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

圖4 通尺裝藥及封孔結(jié)構(gòu)圖

3 應(yīng)用效果

在2714巷工作面上進(jìn)行切頂卸壓和沿空留巷方案設(shè)計，在工作面回風(fēng)巷位置進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)效果驗證，對比未切頂卸壓段如圖5所示，和切頂卸壓段如圖6所示的效果。

圖5 未切頂卸壓段效果

圖6 切頂卸壓段效果

從圖5、圖6可以看出，在未切頂卸壓段區(qū)域，

4 結(jié)論

針對晉華宮礦8714工作面在推進(jìn)過程中出現(xiàn)的頂板垮落現(xiàn)象，結(jié)合工作面的地質(zhì)條件，提出一種切頂卸壓沿空留巷技術(shù)方案，具體為：

1）對巷道頂板采用錨桿+錨索+鋼筋梯+鋼筋網(wǎng)的補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)方案，并采取超前預(yù)裂切縫技術(shù)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。

2）造成巷道出現(xiàn)變形的主要原因是由于巷道頂部和采空區(qū)一側(cè)應(yīng)力相互疊加而造成的，在采用切頂卸壓技術(shù)后，疊加應(yīng)力得以消除，確保了巷道的支護(hù)安全。

作者簡介：

[1]伍永平，劉孔智，等.大傾角煤層安全高效開采技術(shù)研究進(jìn)展［J］.煤炭學(xué)報，2014，39（8）：1611-1618.

[2]唐朝均，盛建發(fā)，等.切頂卸壓沿空留巷技術(shù)在高瓦斯煤層群中部煤層的應(yīng)用［J］.煤炭工程，2016，48（3）：39-41，45.

[3]馮佩，范勝山，王祥慶.中厚煤層無充填沿空快速留巷方案設(shè)計［J］.山東煤炭科技，2017（10）：48-49.

[4]劉偉.切頂卸壓技術(shù)在岳城煤礦1309工作面的應(yīng)用[J]．山東煤炭科技，2019（12）：42-44，50．