小煤柱工作面切頂卸壓支護技術設計分析

侯宇峰， 黨 其

（1.陽泉市燕龕煤炭有限責任公司， 山西 陽泉 045000；2.山西煤炭運銷集團科學技術研究有限公司， 山西 太原 030006）

15310 綜放工作面位于井田西北部，工作面采長（走向長）232 m，傾向推進1 092 m，面積272 136 m2，工業儲量237 萬t，可采儲量220 萬t。

15310 工作面位于井田西北部，15 號軌道大巷以北，西部為15312 設計工作面（尚未布置），南部為15 號煤層主要開拓大巷，東部為15308 設計工作面（尚未布置），北部為盂縣恒泰皇后煤業有限公司。經周邊礦井調查，礦井雙方均留設礦界保護煤柱，本面上覆9 號煤層為9506 工作面采空區及上覆9 號煤層越界采空區。

15310 工作面采用小煤柱回采工藝，15310 工作面與15308 工作面之間預留小煤柱，小煤柱寬度為6.5 m，與傳統預留20～30 m 煤柱工作面相比，小煤柱工作面具有煤柱回采率高、采空區遺煤量少等優點，但是小煤柱工作面在回采過程中受回采應力影響，小煤柱破壞嚴重，制約著工作面安全高效回采。

1 頂板切頂卸壓技術

為減小工作面回采期間回采應力對小煤柱破壞作用，阻止應力對煤柱的傳遞作用，決定對小煤柱巷道頂板采取切頂卸壓技術。

1.1 切頂卸壓孔布置

1）根據實踐經驗，切頂卸壓孔布置在距小煤柱0.8 m 處頂板上，卸壓孔以傾斜孔為主，卸壓孔深度根據頂板直接頂及基本頂巖性及強度而定，以15310 工作面為例，直接頂及基本頂主要以K2石灰巖為主，巖體普氏系數f＞10，巖體強度高，巖體平均厚度為8.78 m，為了保證工作面回采后能夠完全垮落，切頂孔深度定為7.5 m。

2）切頂孔直徑為45 mm，采用高壓鉆機進行鉆孔，鉆孔向采空區方向成75°夾角布置，鉆孔間距為3.0 m，鉆孔施工完成后必須將鉆孔內巖屑清理干凈。

1.2 切頂爆破施工

1）切頂卸壓孔施工完成后開始進行爆破切頂施工，首先對切頂孔內安裝爆破聚能管，每節聚能管長度為1.5 m，聚能管直徑為42 mm，聚能管采用PVC管，管兩側均勻焊制一排圓孔，孔徑為10 mm，孔間距為0.3 m；相鄰兩節聚能管之間采用絲扣連接，每個鉆孔內安裝3 節聚能管。

2）聚能管安裝完成后，對鉆孔內填裝礦用三級乳化炸藥，每支炸藥裝藥量為300 g，藥卷長度為0.35 m，共計填裝10 支藥卷，裝藥量為3 kg。每個鉆孔內安裝1 支毫秒延期電雷管，采用正向裝藥方式。

3）鉆孔內裝藥完成后對剩余炮孔采用水炮泥進行封孔處理，封孔完成后采用逐孔爆破方式進行爆破施工。

2 聯合支護技術

為了保證下一個工作面的安全高效回采，提高小煤柱整體穩定性，降低二次壓力對小煤柱的破壞作用，決定對小煤柱巷道頂板采取“走向錨索吊棚+恒阻預應力錨索”聯合支護設計。

2.1 走向錨索吊棚施工

在小煤柱邊緣施工2 排走向邁步式錨索吊棚，以提高小煤柱頂板穩定性，防止應力作用導致頂板破碎造成小煤柱失穩現象。

1）為了防止傳統工字鋼錨索吊棚在大應力作用下吊棚對頂板產生的切頂破壞作用，在傳統錨索吊棚上方焊接1 塊鋼板，錨索吊棚主要由1 根長度為3.5 m、寬度為0.12 m 的工字鋼梁及2 根長度為8.3 m、直徑為21.8 mm 的錨索組成；工字鋼梁上焊制2 個直徑為30 mm 的錨索支護孔，孔間距為2.5 m。

2）走向錨索吊棚與巷道走向平行布置，首先采用MT-130 型錨索鉆機在頂板處施工1 組錨索支護孔，孔間距為2.5 m，鉆孔深度為8.3 m，鉆孔施工完成后，對鉆孔內錨注錨索，然后在錨索外露端安裝工字鋼梁，并進行預緊。錨索吊棚布置間距為1.0 m。

2.2 恒阻讓壓預應力錨索支護

1）與傳統單錨索相比，恒阻讓壓預應力錨索具有支護強度高、讓壓效果好、耦合支護作用強等優點；該支護主要由拱形托盤、恒阻錨索、讓壓器、鎖具等部分組成。

2）拱形托盤長度及寬度均為0.3 m，厚度為4 mm；恒阻錨索長度為8.0 m，直徑為21.8 mm；讓壓器長度為0.4 m，最大讓壓長度為0.3 m，讓壓強度為750 MPa。

3）恒阻讓壓預應力錨索支護施工在距小煤柱0.2 m 處頂板上，間距為3.0 m，具體支護如圖1 所示，每根錨索采用3 支錨固劑進行錨固，錨固長度不低于1.5 m，錨固后錨索外露長度控制在0.3 m 范圍內；錨索安裝完成后，依次安裝讓壓器以及托盤，并采用鎖具進行預緊，預緊力不得低于400 N·m。

圖1 小煤柱工作面回采巷道聯合支護平面示意圖（mm）

3 結論

1）通過對小煤柱頂板進行切頂卸壓，避免了工作面回采期間以及采空區垮落時應力傳遞破壞作用，提高了小煤柱整體穩定性，有效阻止了回采應力卸壓破壞作用。

2）由于工作面在回采過程中會產生回采應力、構造應力等對小煤柱巷道頂板造成破壞作用，導致頂板應力加大，而傳統錨桿（索）支護時，無法適應大變形圍巖，當頂板出現應力破壞時，支護失效嚴重，從而導致小煤柱垮落、破碎現象。采用恒阻讓壓錨索支護后，錨索與變形圍巖間實現了耦合支護作用，對應力區蠕動變形圍巖起到很好控制作用。