忻州窯礦8318 無煤柱工作面開采技術(shù)研究

孫 偉

（晉能控股煤業(yè)集團忻州窯礦，山西 大同 037001）

隨著煤炭資源的不斷開采，忻州窯礦煤炭資源逐漸趨于緊張，在以往煤炭開采過程中會預(yù)留較大的煤柱，直接影響了礦井的回采率。基于此，在8318 工作面采用了切頂卸壓沿空留巷技術(shù)，不僅緩解了采煤工作面的緊張銜接局面，而且還降低了生產(chǎn)成本及掘進率，保障了工作面的安全高效回采[1]。

1 概況

忻州窯礦8318 工作面與8320 工作面設(shè)計為無煤柱開采工作面， 2318 皮帶順槽巷6 m×3.5 m 的矩形斷面，5318 回風(fēng)順槽為4 m×3 m 矩形斷面，5320 回風(fēng)順槽為4.4 m×3.5 m 矩形斷面，采用錨網(wǎng)索支護形式。兩個工作面共采用3 條巷道，共用2318 巷，沿空留巷期間采用“Y”型通風(fēng)工作面示意圖如圖1。

圖1 14-3#層303 盤區(qū)8318-8320 無煤柱工作面示意圖

8318 工作面采用綜合機械化后退式傾斜長壁采煤法，使用MG400/930-WD 型號采煤機，ZZ8500/20/40 型液壓支架，工作面煤厚約為3.5 m，循環(huán)進度0.7 m，采用自然垮落管理采空區(qū)頂板。

2 切頂留巷頂板預(yù)裂爆破設(shè)計

2.1 預(yù)先施工切頂孔

2318 巷沿空留巷段，切頂孔朝向巷道采煤幫，距采煤幫100 mm，設(shè)計方向與頂板的夾角為75°～85°，孔徑設(shè)計50 mm，孔深為8.5 m，孔間距設(shè)計300 mm，與2318 巷平行，施工至8318 工作面停采線。工作面炮孔布置示意圖如圖2。

圖2 8318 工作面炮孔布置示意圖

2.2 爆破施工

（1）孔內(nèi)裝藥。利用專用的聚能管進行裝藥，聚能管的外徑42 mm，長度1.5 m，炮孔深度8.5 m，使用4 根聚能管共計6 m。聚能管內(nèi)裝有水膠炸藥，炸藥的規(guī)格為Ф35 mm，L300 mm，裝藥量采取“4+4+4+3”的方式（即第一根聚能管內(nèi)裝4 個藥卷，第二根聚能管裝4 個藥卷，第三個聚能管裝4 個藥卷，第四根聚能管裝3 個藥卷），如圖3 所示。根據(jù)預(yù)裂的效果，合理選擇鉆孔間隔并裝藥爆破[2]。

圖3 切頂爆破裝藥圖及方案

（2）封孔方式。聚能管外部封孔2.5 m，采用裝袋封孔劑，其規(guī)格為Ф42 mm，L200 mm。在進行封孔之前需要將袋裝封孔劑浸水30 s 左右，并利用炮棍將袋裝封孔劑放入孔內(nèi)預(yù)定位置，直到封孔工作結(jié)束。

（3）聯(lián)線起爆。等封孔水泥充分膨脹凝固后（時間約20 min），再連接導(dǎo)爆線和雷管，待所有人員撤出后，進行每次三孔起爆作業(yè)。

3 沿空留巷補強支護設(shè)計

通過對8318 工作面運輸巷的圍巖應(yīng)力及支護措施進行分析，結(jié)合礦壓顯現(xiàn)情況，決定在原掘進支護基礎(chǔ)上實施兩排補強錨索。第一排補強錨索在2318 巷距采煤幫600 mm 處，采用“JW 鋼帶+錨索+鋼托板”補強支護，規(guī)格為：錨索Ф21 mm，L9.5 m，JW 鋼帶為3400 mm×330 mm×6 mm，鋼帶間不留間隙，相鄰鋼帶間兩眼互疊在一起并用錨索連為一個整體，相鄰鋼帶相互搭接400 mm，鋼帶平行巷道走向，以提升頂板的整體強度。第二排補強錨索為2318 巷距第一排補強錨索1.2 m 處，距采煤幫1.8 m，補強形式與第一排補強錨索一致。

4 工作面回采及支護形式

4.1 超前臨時支護

2318 巷超前支護距離為50 m，采用“DW40 一300/110X”單體液壓支柱進行支護，支護形式為“三梁三柱”，排距為0.8 m，每根單體液壓支柱配合使用0.8 m 長的π 型梁，防倒防墜裝置配備齊全有效。

4.2 擋矸支護

（1）工作面采位156～210 m 支護方式

為了進行新工藝的試驗及應(yīng)用，8318 工作面推進至采位157 m（開始留巷段）至采位210 m，2318 擋矸支護采用“金屬網(wǎng)+沙袋墻+29U 型鋼+單體液壓支柱”聯(lián)合支護[3]，如圖4。

圖4 2381 巷擋矸支護及架后支護平面圖（mm）

金屬網(wǎng)：提前吊掛，吊掛至1#支架前立柱邊上，起到臨時擋矸作用，金屬網(wǎng)采用8#菱形金屬網(wǎng)，規(guī)格為5.1 m×1.7 m，及時用14#鉛絲將菱形網(wǎng)上端與原巷道菱形金屬網(wǎng)捆扎牢固，金屬網(wǎng)邊搭接為0.1～0.2 m，下端金屬網(wǎng)垂至巷道底部。

沙袋墻：工作面推刀后（一般情況推兩刀約1.4 m）將采煤機停機閉鎖，在吊掛金屬網(wǎng)區(qū)域壘沙袋墻，沙袋墻厚1 m，高3.5 m，每米使用6 根1 m短錨桿配4 根1.5 m 短鋼帶進行加固。

29U 型鋼：在壘好的沙袋墻邊，使用29U 型鋼進行擋矸，使用2 節(jié)2.1 m 長29U 型鋼組合成3.5 m 長使用，每組29U 型鋼配一個底座，底座上放置1 根單體液壓支柱，29 型鋼支護間距為0.5 m。

（2）工作面采位推進至210 m 后支護方式

8318 工作面推進至采位210 m 后恢復(fù)正常支護方式，2318 擋矸支護采用“金屬網(wǎng)+水泥毯+金屬網(wǎng)+29U 型鋼+單體液壓支柱”聯(lián)合支護。

水泥毯：工作面推刀后（一般情況推兩刀約1.4 m）將采煤機停機閉鎖后開始吊掛水泥毯，水泥毯規(guī)格為4 m×1.6 m，短錨桿進行吊掛，短錨桿規(guī)格為Φ20 mm，長0.6 m，錨桿間距為0.8 m。水泥毯邊搭接為0.1 m，下端垂至巷道底部。

金屬網(wǎng)：共掛兩層金屬網(wǎng)，第一層金屬網(wǎng)與水泥毯同時吊掛，第二層金屬網(wǎng)掛在留巷側(cè)，金屬網(wǎng)采用8#菱形金屬網(wǎng)，規(guī)格為5.1 m×1.7 m，并及時用14#鉛絲將菱形網(wǎng)上端與原巷道菱形金屬網(wǎng)捆扎牢固，金屬網(wǎng)邊搭接為0.1～0.2 m。

29U 型鋼：在壘好的沙袋墻邊，使用29U 型鋼進行擋矸，使用2 節(jié)2.1 m 長29U 型鋼組合成3.5 m 長使用，每組29U 型鋼配一個底座，底座上放置1 根單體液壓支柱，29U 型鋼支護間距為0.5 m。沿空留巷擋矸支護支設(shè)完成后，需對該區(qū)域進行噴漿處理[4]。

4.3 架后臨時支護

（1）工作面采位156～210 m 支護方式

2318 巷架后臨時支護采用“四梁四柱”支護方式，第一排單體液壓支柱距沙袋墻0.5 m，第二排與第一排，第三排與第二排的間距各為0.8 m，第四排與第三排單體液壓支柱間距為2 m，配合使用0.8 m 長的π 型頂梁，柱距為1 m。

（2）工作面采位推進至210 m 后支護方式

2318 巷架后臨時支護采用“四梁四柱”的支護形式，第一排單體液壓支柱距水泥毯1 m，第二、三排間距為1 m，第三與第四排支柱間距為2 m，配合使用0.8 m 長的π 型頂梁，柱間距為1 m。

8318 工作面回采完成后，通過紅外線巷道移近量觀測、頂板離層儀觀測、單體液壓支柱測力計、錨桿錨索應(yīng)力計、頂?shù)装鍑鷰r位移監(jiān)測、充填體液壓枕等綜合觀測，可得巷道穩(wěn)定性良好，可對成巷穩(wěn)定區(qū)域的單體進行分區(qū)域回撤。

5 結(jié)論

（1）切頂卸壓自動成巷無煤柱開采技術(shù)的應(yīng)用，減少巷道掘進進尺，緩解了采掘銜接緊張局面，降低了采掘比。工作面采用一進兩回“Y”型通風(fēng)，有效解決了工作面上隅角瓦斯超限的問題。

（2）2318 巷切頂卸壓自動成巷，阻斷頂板應(yīng)力傳遞，有效減小礦山壓力顯現(xiàn)，避免留巷巷道受采空區(qū)頂板應(yīng)力傳遞造成巷道變形較大的問題，工作面周期來壓強度明顯減弱。

（3）減少煤柱損失，提高回收率。相比大煤柱開采多回收20 m 煤柱，多回收煤炭資源1.9 萬t，增加效益760 萬元。在掘進施工中，比一些小煤柱工作面少掘進1 條巷道，極大地節(jié)約了成本。