錦瑞煤業(yè)8102 回風(fēng)順槽切頂卸壓沿空留巷應(yīng)用研究

王強(qiáng)強(qiáng)

（山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)錦瑞煤業(yè)有限公司， 山西 離石 033000）

0 引言

沿空留巷可提高采面煤炭采收率、避免采空區(qū)內(nèi)遺留煤柱而引起下部煤層應(yīng)力集中等問題，對(duì)提高礦井生產(chǎn)效益以及安全保障能力等均有一定的促進(jìn)意義[1-3]。其中切頂卸壓技術(shù)綜合使用恒阻錨索、切頂鉆孔以及擋矸支護(hù)等措施，實(shí)現(xiàn)留巷段圍巖穩(wěn)定，在煤礦井下應(yīng)用呈增加趨勢(shì)[4-7]。本文就以錦瑞煤業(yè)8102回風(fēng)順槽留巷為工程背景，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，對(duì)切頂卸壓留巷技術(shù)布置方案及應(yīng)用效果等進(jìn)行探討，以期為礦井積累沿空留巷經(jīng)驗(yàn)并為其他礦井沿空留巷工作開展提供經(jīng)驗(yàn)參考。

1 工程概況

1.1 地質(zhì)概況

8102 回采工作面位于井田一采區(qū)南部。工作面標(biāo)高+805～850 m，地面標(biāo)高+950～+1 032 m，蓋山厚度130～182 m。回風(fēng)順槽長度為644 m，切眼長142 m，8 號(hào)煤賦存穩(wěn)定，煤層位于太原組L1 石灰?guī)r下，厚度3.1～3.4 m（均值3.2 m），含0～3 層夾矸（厚0.05～0.39 m）。8 號(hào)頂板為石灰?guī)r，底板為砂質(zhì)泥巖、泥巖。

根據(jù)礦井采掘銜接計(jì)劃安排，決定在8102 工作面回風(fēng)順槽20～437 m 處進(jìn)行切頂卸壓留巷。該巷道作為8104 綜采工作面的運(yùn)輸順槽，留巷度4.2 m，位置如圖1 所示。

圖1 留巷段位置示意圖（單位：mm）

1.2 原有支護(hù)形式

8102 回風(fēng)順槽毛斷面尺寸為4.5 m×3.2 m，采用錨網(wǎng)索支護(hù)。巷幫用Φ18 mm×2 000 mm 錨桿，間距900 mm、排距1 000 mm，用120 mm×120 mm×8 mm的拱形托盤；掛12 號(hào)菱形鐵絲網(wǎng)，鄰近金屬網(wǎng)間有100 mm 搭接距離，每隔150 mm 呈現(xiàn)雙排錯(cuò)位布置（即三角形布置），采用14 號(hào)鐵絲雙股綁扎，扭結(jié)不少于3 圈；頂部用Φ17.8 mm×6 300 mm 錨索支護(hù)，間距1 800 mm、排距4 000 mm，“二一二”布置，配合300 mm×300 mm×16 mm 的拱形托盤。具體支護(hù)形式如圖2 所示。

圖2 回風(fēng)順槽原支護(hù)形式（單位：mm）

2 沿空留巷施工方案

8102 回風(fēng)順槽沿空留巷工作基于恒阻錨索補(bǔ)強(qiáng)+切頂卸壓思路開展，不僅可實(shí)現(xiàn)頂板變形有效控制而且切頂后改善巷道受力環(huán)境，提高留巷效果。

2.1 補(bǔ)強(qiáng)錨索施工

8102 回風(fēng)順槽恒阻錨索打設(shè)從437 m 起始至順槽口20 m 處結(jié)束，共417 m，共打設(shè)3 列恒阻錨索，垂直頂板布置，間距1 500 mm，第一列排距1 000 mm，第二列及第三列均為2 000 mm，兩側(cè)的恒阻錨索與采空區(qū)幫、采面幫間距分別為700 mm、800 mm；錨索長度為12.3 m（必須錨到L2 石灰?guī)r之上穩(wěn)定巖層中1 m）、直徑21.8 mm、規(guī)格為1×19-1860 型鋼絞線，破斷力≥550 kN；靠近采空區(qū)幫的第一列恒阻錨索通過平行于巷道走向的W 鋼帶連接；布置有施加290 kN 預(yù)緊力。恒阻錨索布置如圖3 所示。

圖3 8102 回風(fēng)順槽恒阻錨索布置示意圖（單位：mm）

2.2 切頂鉆孔施工

2.2.1 切頂鉆孔技術(shù)參數(shù)

切頂卸壓時(shí)切頂鉆孔深度可通過式（1）計(jì)算[8-9]：

式中：H縫為鉆孔垂高（即切頂深度）；H煤為采煤高度，取3.2 m；?H 為采空區(qū)頂?shù)装逡平浚鶕?jù)現(xiàn)場(chǎng)條件取0.3 m；K 為冒落巖層的碎脹系數(shù)，取1.3。

將相關(guān)數(shù)據(jù)代入式（1）計(jì)算得：H縫=9.7 m。因此，錦瑞煤礦采用頂板預(yù)裂超前卸壓處理的頂板高度必須大于9.7 m。根據(jù)8102 回風(fēng)順槽頂板巖體柱狀圖分析，結(jié)合相似條件下的工程經(jīng)驗(yàn)，并考慮垮落的巖層能夠充滿采空區(qū)，垂直斷頂高度確定為11 m（斜長11.3 m）。8 號(hào)煤層直接頂為L1 灰?guī)r硬度較大，為提高切頂效果，現(xiàn)場(chǎng)使用的切頂鉆孔間距500 mm、向采空區(qū)外插15°。

2.2.2 切頂鉆孔現(xiàn)場(chǎng)布置方式

切頂鉆孔開孔距離采空區(qū)幫300 mm、孔徑Φ52 mm（Φ45～Φ52 mm），8102 回風(fēng)順槽切縫孔深孔（斜長）暫定為11.3 m。8102 回風(fēng)順槽切縫孔斷面，如圖4 所示。

圖4 8102 回風(fēng)順槽切縫孔斷面（單位：mm）

裝藥方式可采用四孔連續(xù)裝藥隔一個(gè)空孔方式進(jìn)行。根據(jù)以往回采的工作面回采經(jīng)驗(yàn)，超前預(yù)裂切縫應(yīng)超前工作面50 m，開切眼預(yù)裂切縫必須在回采前全部爆破完畢。

2.3 留巷段圍巖支護(hù)

根據(jù)采面礦壓顯現(xiàn)情況以及采空區(qū)頂板垮落情況，將留巷段分為補(bǔ)強(qiáng)及超前切頂區(qū)（超前采面50 m以外，此區(qū)間布置恒阻錨索及切頂鉆孔）、超前支護(hù)區(qū)（超前采面0～20 m）、滯后維護(hù)區(qū)（滯后采面0～200 m）和成巷穩(wěn)定區(qū)（滯后采面200 m 以外）。

2.3.1 超前支護(hù)區(qū)（煤壁前方0～20 m）

此范圍受采面開采影響顯著，需進(jìn)行超前支護(hù)。具體用2 根DW4.0 型單體并配合工字鋼支護(hù)，單體排距1 000 mm。工作面的刮板機(jī)機(jī)尾不得超過煤壁1.5 m，端尾架不得超出煤壁0.3 m。

2.3.2 架后滯后臨時(shí)維護(hù)區(qū)（架后0～200 m）

此區(qū)域受采空區(qū)頂板垮落影響明顯，具體通過單體、π 型鋼梁支護(hù)。圍巖支護(hù)時(shí)用5 根單體（DW4.0型）、π 型鋼梁（長3.5 m）按照1 000 mm 排距支護(hù)，具體布置方案如圖5 所示。

2.3.3 巷幫擋矸防護(hù)設(shè)計(jì)

擋矸支護(hù)用金屬網(wǎng)（鋼筋網(wǎng)）+擋矸支架+單體+密集擋矸柱方式支護(hù)，具體布置方案如圖6 所示。擋矸支架型號(hào)為RTD29-2500/01，單體（型號(hào)DW4.0）、密集支柱（29U/2500-01）交替布置，間距均為500 mm；在靠近采空區(qū)側(cè)布置金屬網(wǎng)。

圖6 架后擋矸支護(hù)側(cè)視圖

2.3.4 成巷穩(wěn)定區(qū)支護(hù)

在滯后采面200 m 以外范圍，采空區(qū)頂板基本穩(wěn)定，因此將臨時(shí)支護(hù)“四柱”變?yōu)椤叭薄岸被蛘吒艏芑爻罚敝羻误w支柱全部回撤。架設(shè)的伸縮式護(hù)幫擋矸架在巷道復(fù)用時(shí)，進(jìn)行回撤。

3 留巷效果分析

布置測(cè)點(diǎn)獲取到留巷段圍巖變形監(jiān)測(cè)曲線如圖7 所示。滯后采面0～170 m 內(nèi)圍巖變形增加速度較快；滯后采面200 m 以后，采面圍巖變形基本穩(wěn)定。期間監(jiān)測(cè)到頂板下沉量247 mm、底鼓量434 mm，采面幫及采空區(qū)幫收斂量分別為150 mm、100 mm。整體來說，留巷段圍巖變形在允許范圍內(nèi)，留巷段巷道斷面可滿足后續(xù)8104 工作面需要。

圖7 留巷礦壓顯現(xiàn)監(jiān)測(cè)結(jié)果

4 結(jié)論

1）通過恒阻錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，可降低巷道頂板下沉量，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況恒阻錨索布置參數(shù)，頂板布置3 排恒阻錨索，直徑21.8 mm、規(guī)格1×19-1860 型鋼絞線，間距1 500 mm，靠近采空區(qū)排距1 000 mm、其余2排錨索排距均為2 000 mm，并施加290 kN 預(yù)緊力。

2）采用理論計(jì)算方法以及工程經(jīng)驗(yàn)，確定切頂鉆孔孔深為11 m（斜長11.3 m）、炮孔間距500 mm、角度15°；采用單體、工字鋼及擋矸支架等進(jìn)行超前支護(hù)、采面后方臨時(shí)支護(hù)及擋矸支護(hù)，實(shí)現(xiàn)留巷段圍巖變形有效控制。

3）現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，8102 回風(fēng)順槽留巷段圍巖變形整體較小，變形以底鼓為主，最大變形量控制在434 mm。留巷段圍巖保持穩(wěn)定，支護(hù)體系起到較好圍巖控制效果，留巷段斷面可滿足8104 工作面使用需要。