大埋深破碎頂板沿空留巷技術研究

王建鵬 陳正江

（內蒙古福城礦業(yè)有限公司，內蒙古 鄂爾多斯 016299）

隨著煤炭行業(yè)的發(fā)展，小煤柱、無煤柱開采已經成為煤炭企業(yè)研究的重點，相比大煤柱掘巷，小煤柱、無煤柱巷道不僅可以提高煤炭資源回收率，還可以減少應力集中，實現(xiàn)安全高效開采[1]。

1 概述

福城煤礦13上05N 工作面位于+248 m 水平二采區(qū)北翼，工作面走向長度380 m，傾斜長度185.8～197.1 m，平均傾斜長度189 m，面積為58 203.57 m2。13上05N 工作面西側為13上05N工作面采空區(qū)，北側為原13上05N 工作面采空區(qū)，為雙側采空，13上05N 工作面以下為計劃開采的1906N 工作面。13上05N 工作面作為一個特殊的工作面，既影響本層工作面順利推進，也制約下層煤工作面的正常推采。根據開采計劃，13上05N 工作面回采前，正在回采的13上06N 工作面提前停采。為了保證后期13上06N 工作面及時恢復生產，需要對13上05N 工作面運輸巷進行沿空留巷，作為13上06N 工作面回風巷。原巷道支護斷面如圖1。

圖1 原巷道支護斷面圖（mm）

13上05N 沿空留巷計劃施工380 m，即工作面推進全長。沿空留巷采用以“切頂卸壓+恒阻錨索+普通錨索支護”的主動支護與“液壓支柱+π 型鋼梁”支護為主的設計方案，通過預裂切縫爆破，恒阻錨索+普通錨索補強加固，對所留巷道采用液壓支柱配合π 型鋼梁支護巷道。

2 支護設計

2.1 巷道超前補強支護方式

2.1.1 頂板支護

巷道頂板在三排錨索正中間位置處補打兩排錨索桁架梁，當巷道頂板為泥巖偽頂、留頂煤、頂板破碎時頂板錨索壓鋼筋網，錨索間排距為1000 mm×2000 mm，桁架梁需搭接，桁架梁采用11#工字鋼或29#U 型鋼加工，U 型鋼內用半圓木墊實，增加接頂面積；在原第二排頂板錨索（間距2000 mm）中間按照2000 mm 的間距補打1 根錨索；錨索采用1×19 的鋼絞線制作，規(guī)格為Φ21.8 mm×9300 mm。

2.1.2 巷道幫部支護

巷道下幫在兩排鋼帶之間補打兩排護幫錨索，第一排錨索位于下幫第一棵與第二棵錨桿中間位置，第二排錨索位于下幫第二棵與第三棵錨桿中間位置，錨索之間采用鋼帶進行搭接，排距2000～2200 mm，錨索采用1×19 的鋼絞線制作，規(guī)格為Φ21.8 mm×4300 mm。錨索托盤選用鋼制蝶形托盤，規(guī)格為300 mm×300 mm×16 mm。巷道補強支護斷面如圖2。

圖2 巷道補強支護斷面圖

2.2 頂板預裂切縫爆破

頂板預裂切縫采用雙向聚能爆破預裂技術，采用聚能裝置將炸藥固定在需要位置并改變切縫孔圍巖的受力狀態(tài)，使切縫孔圍巖按設定方向張拉斷裂成型[2]。切縫深10 m，切縫孔間距為500 mm，與鉛垂線夾角為15°～20°。

雙向聚能管采用特制聚能管，特制聚能管的外徑為42 mm，內徑為36.5 mm，管長為1500 mm。聚能爆破采用二級煤礦許用水膠炸藥，炸藥規(guī)格為Φ27 mm×400 mm/卷，單個藥卷質量320 g，爆破孔口采用炮泥封孔。裝藥結構如圖3。

圖3 裝藥結構示意圖

2.3 留巷支護方式

如圖4 所示，將工作面附近劃分為三個區(qū)：超前支護區(qū)（工作面前方0～120 m），架后臨時支護區(qū)（架后0～200 m）和成巷穩(wěn)定區(qū)（架后＞200 m之后），不同分區(qū)根據需要采取不同的支護措施。

圖4 工作面運輸巷分區(qū)圖 （m）

2.3.1 巷道超前支護

運輸巷超前支護長度自切頂排起不低于120 m，采用3.2 mπ 型鋼梁配合單體支柱“一梁三柱”走向支設。

2.3.2 架后支護

工作面推采后，液壓支架后方沿空留巷采用“單體液壓支柱+U 型鋼+鋼筋網”聯(lián)合支護。巷內臨時支護采用傾向“一梁三柱”+走向“一梁四柱”支護。傾向“一梁三柱”上幫側單體及中間單體直接支設在頂板11#工字鋼或29#U 型鋼桁架梁上，單體間距800 mm，下幫側使用單體配合走向π 型鋼支設，間距800 mm，如圖5。

2.3.3 沿空留巷巷旁支護

采用29#U 型鋼上下兩節(jié)可縮性搭接，單根長為3 m（可根據巷道高度適當調整），采用兩副卡蘭連接，卡蘭上下沿距U 型鋼搭接端頭各40 mm，搭接長度大于1.0 m。29#U 型鋼棚埋入底板以下不低于500 mm，并且打設錨桿固定棚腿。兩根29#U型鋼用卡蘭固定搭接形成可伸縮擋矸U 型鋼，可伸縮擋矸U 型鋼之間采用連桿連接，使其形成一個整體。巷旁支護如圖6。

圖6 巷旁擋矸支護圖（mm）

2.4 沿空留巷位移觀測及回撤方案

2.4.1 沿空留巷表面位移觀測

沿空留巷表面位移觀測采用十字布點法。沿空留巷表面位移測站設置不大于50 m，且成對設置，兩個測點之間間距在5～10 m 范圍。留巷段數(shù)據觀測3 d/次。

2.4.2 沿空留巷臨時支護回撤方案

巷道施工完畢后，根據留巷的穩(wěn)定情況，由里向外逐漸回撤巷道內中間排單體，同時對巷道支護失效區(qū)域及時修復，剩余上下幫兩排單體支護作為13上06N 工作面超前支護，不再回撤，待工作面推采時沿切頂排進行回收，減少后期超前支護勞動量。回撤后巷道如圖7。

3 關鍵技術工藝及要求

（1）頂板補強支護。對原巷道進行補強支護是留巷成功的主要條件，原巷道支護強度完全滿足采動影響前的狀態(tài)，但為了滿足巷道在采動影響期間及留巷后的頂板完整性，保證安全可靠，需要重新進行補強支護，提高巷道頂板完整性，使所留巷道圍巖能夠最大限度地發(fā)揮自身承載作用[3]。補強支護需要根據地質條件及生產情況進行確定。

（2）切縫爆破效果。切縫爆破主要是通過定向爆破，切斷工作面頂板應力傳遞，減弱巷道頂板壓力。需要施工切縫眼時，保證鉆孔孔口、孔底一條線，鉆孔在同一平面。雙向聚能爆破預裂技術就是在爆破后改變切縫孔圍巖的受力狀態(tài)，切斷巷道頂板與工作面回采側的應力傳遞，以減輕留巷頂板的壓力。

（3）擋矸支護。U 型棚支護起擋矸效果，不作為支撐頂板的主要支護材料，施工時，需要使其保證有一定的伸縮量，防止壓彎。

（4）單體支護及回采的合理時間。留巷時支設的單體支護主要起到支撐巷道、承載壓力、減少巷道變形的作用，故后期回采要在沿空留巷穩(wěn)定，采空區(qū)側具有一定的支撐強度后，方可撤除單體支護。需要全巷道變形及受力情況進行全面觀測分析，全面評估，驗證結論，保證安全后，方可實施[4]。

4 結論

13上05N 工作面已成功留巷300 m，從施工及留巷效果來看，工藝及支護參數(shù)均滿足要求，后期13上06N 工作面生產前，可直接使用。此次沿空留巷的成功實施，既解除了遺留煤柱對安全生產的威脅，也提高了煤炭資源回收率，避免重新施工巷道，減少工期，確保接續(xù)合理，為以后大埋深工作面沿空留巷提供了技術依據。