切頂卸壓沿空留巷技術在綜采工作面的應用

王瑞飛

（神達能源集團有限公司，山西 忻州 034000）

煤炭是促進我國社會發展的主要能源之一，但隨著煤炭資源的日益消耗，許多礦區逐漸出現資源枯竭，對煤炭資源進行合理開發，提高煤炭回收率有助于延長礦井開采年限，并可持續供給國家發展的能源需要。傳統的開采方式采用“121”開采方法，即1 個工作面，兩條巷道，一個保護煤柱，留設保護煤柱會浪費煤炭資源，導致回收率降低，而且對工作面端頭三角區形成安全隱患。何滿朝院士提出了“110”工法，一個工作面掘進一條巷道，不留設保護煤柱，提高了資源回收率[1]。神達望田煤業結合地質狀況，在11215 工作面引進了“110”工法，實施后取得了良好的經濟效果。

1 工程概況

山西忻州神達望田煤業有限公司設計規模為1.20 Mt/a。全礦井分為兩個水平開采，分別為主水平、輔助水平。主水平標高+830 m，主要用于開采11#及13#煤層，11215 回采工作面位于二采區下部，西部為井田邊界保護煤柱，東部為未開采區域，工作面標高為+718～+735 m，埋深為289～356 m。煤層呈單斜構造，地質條件簡單，斷裂構造不發育。煤層傾角最小2°，最大5°，平均3°，煤層產狀較平緩。煤層厚度1.53～1.61 m，平均1.53 m，煤層頂板為砂巖及泥巖；底板為泥巖，工作面走向長395 m，傾斜長157 m。11215 回采工作面采用“110”工法布置，11215 工作面運輸順槽作為11213 工作面的回風順槽。11215 進風順槽為矩形斷面，斷面規格為寬×高=5 000 mm×2 600 mm，采用錨網索聯合支護。

圖1 11215 工作面位置

2 切頂卸壓留巷技術

在保證工作面正常生產的同時，又要順利地把11215 進風順槽保留下來，那就需要防止頂板下沉，巷道圍巖能夠發揮自身承載能力，從而減少巷道圍巖變形。在工作面推進的過程中，留巷必然受到礦壓的影響，需要對巷道采取相應的支護措施。為了達到順利留巷的目的，決定采用頂板預裂爆破技術，在保證頂板完整的前提下，切斷頂板應力傳遞，巷道頂板壓力減弱。為保證爆破預裂的順利進行，對巷道提前進行補強加固，選擇利用恒阻大變形錨索對進風順槽的頂板進行加固[2-3]，并根據工作面的地質情況，結合已有的工程經驗，確定了以“切頂卸壓+ 恒阻大變形錨索支護”為主的技術方案。

2.1 恒阻大變形錨索設計方案

針對11215 進風順槽的支護情況，為了能夠順利地切頂，在承受周期來壓的同時保持巷道圍巖的穩定性，決定在進風順槽對巷道頂板預裂切頂前進行加固。在原有支護方案的基礎上，采用恒阻大變形錨索進行提前加固，錨索垂直于進風順槽頂板方向布置，共布置2 列；為提高巷道頂板的整體強度，靠近切縫處的錨索每3 根采用W 鋼帶進行連接，恒阻錨索支護設計方案如圖2 所示，W鋼帶規格如圖3 所示。

圖2 恒阻錨索支護設計

圖3 W 鋼帶規格

恒阻大變形錨索鋼絞線規格為d=21.8 mm，l=7 300 mm，恒阻器l1=500 mm，外徑d1=79 mm；托盤規格300 mm×300 mm×16 mm，中間擴孔直徑100 mm±1 mm，托盤規格如圖4 所示。

圖4 恒阻大變形錨索托盤規格

2.2 頂板預裂爆破施工工藝

結合11215 進風順槽的頂底板情況，頂板預裂采用雙向聚能爆破預裂技術，該爆破技術施工工藝簡單，是在聚能爆破和定向爆破方法的基礎上發展起來的，將炮孔施工在預裂線上，采用雙向聚能裝置裝藥，使頂板形成預想破裂面，并能夠起到保護頂板的作用[4]。

其中預裂切縫深度（H縫）臨界設計公式如下：

式中：ΔH1為頂板下沉量，m；ΔH2為底板底臌量，m；K 為碎脹系數，1.3～1.5。

根據11215 工作面進風順槽的施工經驗及相鄰工作面頂板巖石的經驗，碎漲系數最終確定K取1.4，在不考慮巷道圍巖變形（巷道底板底臌量及頂板下沉）的情況下，取平均采高為1.7 m，最終選擇的切縫深度為5 m。預裂切縫的炮孔與頂板垂直方向呈15°夾角，距離工作面煤幫側為200 mm，孔間距為0.5 m，切縫布置如圖5 所示。

圖5 切縫布置

圖6 炮孔參數試驗方案

在頂板預裂正式施工之前，應根據現場情況進行預裂爆破試驗，依據爆破結果，最終確定合理的爆破參數及其方式。首先進行單個炮孔的試驗，裝藥結構及藥量試驗方案如表1 所示，以初步確定合理的裝藥量和封泥長度。單個炮孔實驗成功后，再進行間隔爆破，對裝藥結構和裝藥參數進行進一步的優化設計。最終進行一次連續爆破試驗如圖（6）所示，依據爆破試驗結果合理選擇一次爆破孔數以及爆破方式等[5]。

表1 爆破試驗方案

現場試驗時，聚能管安裝于爆破孔內，在現場爆破實驗過程中，應根據施工情況及時調整裝藥結構、裝藥量和爆破孔口封孔長度等參數。

3 效果分析

11215 工作面采用“110 工法”后，減少了保護煤柱的留設，節約了資源。假如保護煤柱為20 m，該工作面共留設395 m，煤層厚度1.53 m，煤體容重為1.4 t/m3計算，不留煤柱可以多回收19 622 t煤炭資源，提高了回收率，延長礦井服務年限，提高資源采出率。同時，采用該工法在減少留設煤柱的工作面少掘一條巷道，有效降低了掘進成本，降低工人的勞動強度，也縮短了工作面采掘接替時間，保證了工作面回采的有序接替。采用頂板預裂爆破后，切斷了巷道部分頂板的礦山壓力傳遞，減少了側向支承壓力，減弱頂板周期性壓力，保證巷道圍巖穩定性，滿足了安全生產的需要。

4 結論

1）11215 工作面運輸順槽切頂前的支護參數設計合理，爆破參數設計合理，有利于切頂卸壓留巷技術的順利實施。

2）該工作面采用“110 工法”后，減少了保護煤柱的留設，提高煤炭資源回收率，延長了礦井的服務年限；同時，采用頂板預裂爆破技術，切斷了巷道部分頂板的礦山壓力傳遞，減少了側向支承壓力，保證巷道圍巖穩定性，滿足了安全生產的需要。