謝永存

（山西潞安礦業(yè)集團(tuán)有限公司李村煤礦，山西 長子 046600）

山西潞安礦業(yè)集團(tuán)有限公司李村煤礦煤層頂板以砂巖為主，其煤巖的平均強(qiáng)度指數(shù)約為21MPa?；卷斨饕羌?xì)砂巖，平均厚度約為17.2m，呈現(xiàn)出較為明顯的分層結(jié)構(gòu)，在局部位置具有明顯的泥沙結(jié)構(gòu)；直接頂主要是粉砂巖和泥巖的混合結(jié)構(gòu)，平均厚度約為2.14m；直接底以泥巖為主并夾雜有一定量的中粒砂巖，平均厚度約為5.73m。在前期開采過程中主要采用預(yù)留煤柱的方案，導(dǎo)致井下煤炭的出采率較低，同時預(yù)留煤柱還容易導(dǎo)致巷道圍巖的應(yīng)力集中，給綜采作業(yè)安全帶來隱患[1]，因此公司專門開展了無煤柱成巷綜采作業(yè)的研究，取得了極佳的效果。

1 無煤柱成巷工藝流程

李村煤礦井下無煤柱成巷工藝的總體流程為隨著綜采作業(yè)的進(jìn)行，將巷道予以保留，作為下一個綜采作業(yè)面的通道使用，形成邊采、邊掘進(jìn)、巷道預(yù)留的流程[2]。無煤柱成巷作業(yè)時綜采工作面和井下巷道平面布置結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 井下綜采面與巷道平面布置結(jié)構(gòu)示意圖

在進(jìn)行無煤柱成巷作業(yè)時，首先沿著1201綜采面盤區(qū)的四周掘進(jìn)一條能為整個盤區(qū)提供作業(yè)的巷道，以此作為該盤區(qū)完整的物料傳輸和風(fēng)流交換系統(tǒng)。當(dāng)在圖1中所示的i工作面時，可利用對井下三機(jī)一架配合關(guān)系的優(yōu)化，滿足當(dāng)采煤機(jī)在刮板輸送機(jī)的尾部綜采作業(yè)時越過刮板輸送機(jī)尾部形成弧形結(jié)構(gòu)的巷幫，然后在采煤機(jī)采后區(qū)域的巷道頂板采用恒阻大變形錨索進(jìn)行支護(hù)，并在綜采作業(yè)面的頭部進(jìn)行頂板的定向切縫作業(yè)。在綜采作業(yè)擾動的作用下，在人工設(shè)置的定向切縫外側(cè)采空區(qū)域的頂板將在頂板來壓的作用下向著采空區(qū)域垮落，落下的煤矸石堆積在液壓支架后側(cè)形成碎石巷幫。

由于井下巷道頂板巖層具有一定的碎脹特性[3,4]，碎石巷幫的堆積高度將高于垮落前巖層的厚度。因此當(dāng)巷道頂?shù)幕卷敯l(fā)生垮塌并將下方松散的巖層壓實以后，該處的斷裂的巖塊和下側(cè)切頂巖層的組合體共同構(gòu)成一個一側(cè)由垮落的煤矸石支護(hù)，另一側(cè)由弧形的巷幫支護(hù)的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)體，最終在底部形成一個穩(wěn)定的巷道支護(hù)結(jié)構(gòu)。煤礦井下無煤柱成巷工作面回采和成巷機(jī)理如圖2所示。

圖2 井下綜采面回采及成巷原理

2 無煤柱成巷實踐

在1201綜采面設(shè)置4組恒阻錨索，巷道頂部巖層的重量約為25.9kN/m3，可計算出單位長度上的平均固定力約為326.8kN。為了確保對無煤柱巷道的保護(hù)效果，采用直徑為22.3mm的鋼絞線，其恒阻值約為366kN，滿足無煤柱巷道的支護(hù)要求。在進(jìn)行無煤柱成巷施工的過程中，在工作面每推進(jìn)一個采煤步距，就對巷道頂板進(jìn)行一次恒阻錨索施工，錨索之間的排距維持在0.76m左右，同時其縱向采用W鋼帶進(jìn)行銜接。

在無煤柱成巷的前期，需對巷道頂板進(jìn)行臨時支護(hù)作業(yè)，在巷道靠近采空區(qū)的一側(cè)每隔3m設(shè)置一個液壓支架，額定工作阻力為50.2MPa，每個液壓支架的實體煤的兩側(cè)各設(shè)置一個單體支柱，并在液壓支架和支柱的頂部設(shè)置工字鋼進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，滿足無煤柱成巷時的支護(hù)可靠性。

當(dāng)液壓支架隨著開采逐漸前移時，首先在巷道的前方設(shè)置一張鋼筋護(hù)網(wǎng)，同時在支護(hù)液壓支架的正下方對巷道的頂板實施錨索支護(hù)和定向爆破縫隙，使爆破縫隙位于巷道工作面的端頭位置，在兩個支架的頂梁之間，確保在實施爆破作業(yè)過程中頂板的穩(wěn)定性。根據(jù)李村礦1201綜采工作面井下的實際情況，為了確保切縫的徹底性，在預(yù)設(shè)的爆破孔內(nèi)設(shè)置16組長度為180mm、直徑為30mm的藥包，爆破后的縱向裂縫率可達(dá)94%，裂縫貫通效果顯著，井下爆破縫隙的擴(kuò)展情況如圖3所示。

圖3 井下爆破縫隙情況

3 無煤柱成巷應(yīng)用效果

1201綜采作業(yè)面長度為264m，整個綜采作業(yè)面的走向長度約為2173m，煤層賦存的穩(wěn)定性較好，其煤層平均厚度4.21m，煤層硬度系數(shù)約為2.5，煤層的深度在110～155m之間，傾角約為1.56°。

在進(jìn)行切縫設(shè)置時，同時在井下采空區(qū)進(jìn)行恒阻大變形錨索主動支護(hù)和井下切頂護(hù)幫支護(hù)，其支護(hù)效果如圖4所示。

根據(jù)實際驗證，當(dāng)綜采作業(yè)面推進(jìn)距離超過200m后，煤礦巷道頂板的下沉量基本穩(wěn)定在50mm左右，此時對切頂護(hù)幫的應(yīng)用支架進(jìn)行回撤，巷道頂板在短時間內(nèi)出現(xiàn)了一次下沉，最終巷道頂板的下沉量維持在了約65mm左右，完全滿足下一個作業(yè)面綜采作業(yè)需求。

圖4 綜采面無煤柱成巷效果

4 結(jié)論

（1）無煤柱成巷的流程為隨著綜采作業(yè)的進(jìn)行，將巷道予以保留，將其作為下一個綜采作業(yè)面的通道使用；

（2）開采過程中的碎石幫是通過采空區(qū)域頂板沿著切割縫垮落而形成的，因此無煤柱成巷的關(guān)鍵就在于對碎石巷幫和巷道頂板穩(wěn)定性的控制；

（3）根據(jù)在李村礦的實際應(yīng)用，在12個月的作業(yè)時間內(nèi)，煤炭回采增加了約25萬t，產(chǎn)生的直接經(jīng)濟(jì)效益約為8850萬元。