李嵚

（山西焦煤西山煤電東曲煤礦，山西 古交 030200）

1 概況

東曲礦位于古交市東南，井田面積78km2，地質(zhì)儲量8.9億t，可采儲量4.7億t，礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力400萬t/a。19109工作面位于東曲礦二采區(qū)，工作面水平標(biāo)高-860 m，南為采區(qū)下山煤柱，西部為28205工作面采空區(qū)，東部為E325斷層保護(hù)煤柱，北為工業(yè)廣場保護(hù)煤柱。19109工作面頂板主要以砂質(zhì)泥巖、細(xì)砂巖為主，巷道頂板采用錨網(wǎng)＋錨索的支護(hù)方式，巷道兩幫采用Φ18×2200mm等強(qiáng)全螺紋錨桿+W鋼帶+金屬網(wǎng)支護(hù)。19109工作面所采4#煤層平均厚度3.2m，煤層平均傾角16°，4#煤層直接頂為砂質(zhì)泥巖、細(xì)砂巖，厚9.06m；基本頂為細(xì)砂巖、粉砂巖、泥巖，平均厚度10.8m。煤層頂?shù)装鍘r層分布情況見表1。

表1 煤層頂?shù)装鍘r層分布情況

2 切頂卸壓沿空留巷技術(shù)

2.1 切頂卸壓沿空留巷技術(shù)原理

切頂卸壓沿空留巷技術(shù)采用雙向聚能預(yù)裂爆破技術(shù)使巷道頂板按預(yù)定方向預(yù)裂，充分利用礦井周期性來壓沿空切頂，形成對上覆巖層頂板的支撐，降低了對留巷段的應(yīng)力作用，隨著采面的推進(jìn)，后方的頂板在應(yīng)力作用下按預(yù)定方向裂縫垮落形成巷幫，實(shí)現(xiàn)沿空留巷。

2.2 切頂卸壓沿空留巷施工工藝

（1）在工作面切頂卸壓預(yù)定爆破區(qū)30m范圍內(nèi)采用巷內(nèi)恒阻大變形錨桿（索）+液壓支架進(jìn)行超前支護(hù)；

（2）施工切縫孔爆破切縫；

（3）按預(yù)定方向進(jìn)行預(yù)裂爆破；

（4）在工作面前50m范圍采用液壓支架+Π型梁進(jìn)行超前支護(hù)，對巷道的變形情況進(jìn)行監(jiān)測；

（5）在工作面后50m范圍采用巷旁密集單體液壓支柱＋液壓支架+36U型鋼支架+錨網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)技術(shù)進(jìn)行支護(hù)；

（6）頂板在應(yīng)力作用下按預(yù)定方向裂縫垮落形成巷幫；

（7）工作面液壓支架自機(jī)頭向機(jī)尾依次抽出并調(diào)向，在工作面后100m處采用錨網(wǎng)+36U型鋼支架進(jìn)行聯(lián)合支護(hù)，完成沿空留巷。

3 頂板預(yù)裂爆破技術(shù)

在19109工作面50m處點(diǎn)切縫眼眼位，布置炮眼，實(shí)行雙向聚能爆破。采用錨網(wǎng)+36U型鋼支架將采空區(qū)與留巷區(qū)隔斷，切斷應(yīng)力傳遞途徑，降低應(yīng)力對沿空留巷段的擾動，形成對上覆巖層頂板的支撐作用。

3.1 預(yù)裂切縫深度

預(yù)裂切縫深度（H縫）臨界設(shè)計(jì)公式如下：

式中：

ΔH1-頂板下沉量，mm；

ΔH2-底鼓量，mm；

K-碎脹系數(shù)。

由于19109工作面頂板巖層主要為砂質(zhì)泥巖、細(xì)砂巖，巖石的碎脹系數(shù)取值詳見表2。砂質(zhì)泥巖的碎脹系數(shù)取1.2，中硬砂巖的碎脹系數(shù)取1.5。在設(shè)計(jì)中由于煤層變化小，較穩(wěn)定，可不考慮底鼓量、頂板下沉量。僅考慮采動影響和煤層頂板情況、成縫率，將數(shù)值代入公式計(jì)算出頂板預(yù)裂切縫鉆孔深度為8m。

表2 巖石的碎脹系數(shù)

3.2 實(shí)施雙向聚能預(yù)裂爆破

19109工作面巷道切縫孔布置在巷道回采側(cè)巷幫，距巷道回采側(cè)巷幫200mm切縫孔并與鉛垂線形成20°夾角，間距為0.8m，深度8m，孔徑56mm。

采用1.5m特制聚能管，爆破器材使用二級煤礦許用乳化炸藥，藥卷規(guī)格為Φ35mm，長200mm。將聚能管安裝于炮孔中，每孔裝5個(gè)聚能管，裝藥10卷，每次正向起爆15個(gè)孔。雙向聚能裝藥結(jié)構(gòu)如圖1所示，切頂卸壓炮孔布置斷面如圖2所示。

圖1 雙向聚能裝藥結(jié)構(gòu)

圖2 切頂卸壓炮孔布置斷面圖（單位：mm）

4 巷道支護(hù)設(shè)計(jì)

4.1 超前支護(hù)區(qū)

超前支護(hù)區(qū)指距工作面超前30m的范圍內(nèi)巷道。由于該區(qū)域位于工作面超前采動影響區(qū)，采用π型梁+單體液壓支柱+液壓支架進(jìn)行聯(lián)合支護(hù)。沿巷道傾向布置鋼棚，采用“一梁三柱”，棚距0.8m，總支護(hù)長度保證在30m以上。超前支護(hù)單體液壓支柱間距1600mm，排距800mm。超前液壓支架靠巷道下幫，距巷道中心線300mm，支架間距80mm，支架初撐力應(yīng)大于15MPa。

4.2 后部支護(hù)區(qū)

后部支護(hù)區(qū)指距工作面后100m的沿空留巷范圍。巷道受動壓影響嚴(yán)重，頂板壓力較大，采用36U型鋼支架+單體柱支護(hù)＋液壓支架進(jìn)行擋矸支護(hù)。單體支柱排距800mm，間距400mm。36U型鋼支架必須與切縫孔連線對齊。

4.3 成巷穩(wěn)定區(qū)

成巷穩(wěn)定區(qū)指工作面100m之后的范圍，該區(qū)域巷道受采動影響較小，基本較為穩(wěn)定，巷道頂板下沉量及單體支柱的壓力變化小，可將該區(qū)域臨時(shí)支護(hù)的單體液壓支柱撤掉，只保留36U型鋼支架及π型梁進(jìn)行擋矸。待液壓支架撤掉后，在π型梁下加設(shè)1根單體液壓支柱形成“一梁四柱”的支護(hù)結(jié)構(gòu)，支柱布置在巷道下幫，距巷道中心線300mm，初撐力應(yīng)大于60MPa。

5 應(yīng)用效果分析

為了驗(yàn)證薄煤層切頂卸壓沿空留巷技術(shù)的效果，選取19109工作面對巷道圍巖應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)測，距工作面60m，160m，320m，600m處分別設(shè)置1個(gè)監(jiān)測區(qū)，回采期間巷道圍巖移進(jìn)量監(jiān)測結(jié)果如圖3所示。

圖3 回采期間圍巖移近量

由圖可知：19109工作面第1測區(qū)，巷道兩幫最大移近量350mm，巷道頂板最大移近量105mm；回采期巷道兩幫最大移近量230mm，巷道頂板最大移近量135mm；距工作面100m處巷道圍巖變形，距工作面50m處圍巖變形嚴(yán)重，雖巷道圍巖變形，但整體留巷效果不錯(cuò)，采用的聯(lián)合支護(hù)方式能夠有效控制圍巖變形。

6 結(jié)語

（1）切頂卸壓沿空留巷技術(shù)在東曲礦19109工作面成功應(yīng)用，減少巷道掘進(jìn)工作量50%，解決了沿空掘巷頂板難于控制和采掘接替緊張的問題。

（2）在沿空留巷的支護(hù)方面通過采用恒阻大變形錨桿（索）＋巷旁密集單體液壓支柱＋液壓支架聯(lián)合支護(hù)技術(shù)，與以往砌料石和澆筑混凝土墻相比，減少勞動強(qiáng)度和支護(hù)維修量。采用切頂卸壓沿空留巷無煤柱開采技術(shù)，消除了留設(shè)煤柱導(dǎo)致的應(yīng)力集中現(xiàn)象。

（3）切頂卸壓沿空留巷技術(shù)與留設(shè)煤柱相比減少巷道掘進(jìn)量，回采期間沿空留巷490m，工程造價(jià)3506元/m，比原設(shè)計(jì)錨網(wǎng)+工型棚聯(lián)合支護(hù)，少掘進(jìn)320m，節(jié)約112萬元?；厥?5m寬留設(shè)煤柱資源約560萬，具有顯著的經(jīng)濟(jì)、社會效益。