琚 偉

(晉煤集團 晉圣礦業(yè)投資有限公司，山西 晉城 048000)

隨著煤礦機械化水平的提高，開采強度日益增大，對于掘進效率提出較高的要求。傳統(tǒng)的工作面布置，多采用一面兩巷，準備一個工作面需要同時掘進兩條回采巷道，在高強度回采過程中，往往造成礦井生產(chǎn)接續(xù)緊張[1-2]。另外相鄰工作面回采巷道之間留設(shè)保護煤柱，造成了煤炭資源的極大浪費[3]。為了有效解決這些問題，本文以晉煤集團晉圣億欣煤業(yè)XV1306工作面為背景，通過采用切頂卸壓無煤柱自動成巷技術(shù)，有效緩解了礦井接續(xù)緊張的局面，提高了煤炭回收率。

1 工程概況

晉煤集團晉圣億欣煤業(yè)XV1306工作面位于15號煤一盤區(qū)，工作面東為XV1307工作面，西為實體煤，南為保安煤柱，北為東軌道大巷。工作面標高978～964 m，地面標高1 160～1 320 m，蓋山厚度182～356 m。XV1306工作面走向長度為461 m，傾向長度為200 m。煤層厚度2.0～2.6 m，平均厚度2.3 m，中部含夾矸厚0.3 m，工作面傾角2～9°，平均3°，采用長壁式采煤方法，綜合機械化采煤工藝，全部垮落法管理頂板。煤層基本頂為K2灰?guī)r，直接賦存在煤層上方，厚8.9～16.36 m；直接頂為1.7～8.9 m厚的砂質(zhì)泥巖；直接底為泥巖，厚1.8 m。設(shè)計在XV1306工作面回采巷道采用切頂卸壓無煤柱自動成巷技術(shù)，切頂留巷461 m。

2 切頂卸壓無煤柱自動成巷原理

提前對預留巷道采用恒阻大變形錨索加強支護，利用爆破方法對巷道頂板進行預裂爆破，率先讓巷道頂板形成一條沿工作面走向長度的結(jié)構(gòu)弱面，以保證工作面回采過后頂板的快速垮落。工作面開采過程中，在工作面周期來壓的作用下，巷道頂板巖石沿切縫垮落，形成巷幫，作為下一個工作面的回采巷道，從而將傳統(tǒng)的一面兩巷的掘進模式變成了一面一巷的掘進模式，極大地提高了礦井的掘進效率，真正實現(xiàn)了無煤柱開采。切頂卸壓技術(shù)原理如圖1所示。

圖1 切頂卸壓技術(shù)原理

3 切頂卸壓成巷工藝流程

切頂卸壓無煤柱自動成巷技術(shù)工藝流程主要為：超前補強支護—爆破切縫—巷道支護及擋桿—切頂成巷—巷幫噴漿密閉采空區(qū)。

3.1 超前補強支護

補強支護主要采用恒阻大變形錨索[4-5]，根據(jù)XV1306工作面的頂板地質(zhì)柱狀圖，巷道頂板共布置3排錨索，錨索長度為12.3 m，直徑為21.8 mm。第一排錨索距留巷幫600 mm，間距1 000 mm；第二排錨索與第一排錨索1 000 mm，間距為2 000 mm，兩排錨索均垂直于頂板方向布置，托盤選用300 mm×300 mm×20 mm的平托盤；第三排錨索距第二排錨索為1 700 mm，間距為2 000 mm，與頂板呈75°。第一排采用W鋼帶連接。恒阻錨索支護示意如圖2所示。

圖2 恒阻錨索支護設(shè)計(mm)

3.2 爆破切縫

切縫采用專用鉆機施工爆破孔，距巷幫0.2 m，眼距 0.5 m，炮眼直徑為52 mm，眼深10 m，傾角15°，裝藥量為14根藥卷，每孔6根聚能管，封泥長度為2.5 m，爆破方式為4連孔、間隔一孔，一次起爆8個爆破孔。

3.3 巷道支護及擋矸

根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，巷道壓力分布不均，按照巷道受力可以分為3個區(qū)域：一是超前應(yīng)力區(qū)(超前工作面30 m)，該區(qū)域巷道受到工作面采動影響較大，最不穩(wěn)定；二是巷道維護區(qū)(架后0～200 m)，該區(qū)域巷道受力較小，圍巖變形逐漸趨于穩(wěn)定；三是穩(wěn)定區(qū)(架后200 m之后)，該區(qū)域巷道已經(jīng)成型，圍巖受力及變形已經(jīng)基本穩(wěn)定。巷道支護針對3個區(qū)域受力特點采取不同的支護方案。

1) 超前支護區(qū)。采用單體液壓支柱進行支護，排距1 000 mm，間距不大于1 200 mm，每排兩根。

2) 巷道維護區(qū)。 采用單體+π型鋼梁和單體+U型鋼可縮支架進行擋矸支護。在巷道中部布置一排單體+π型鋼梁，單體間距1 000 mm；沿巷道切縫邊緣布置一排單體，與U型鋼可縮支架交替布置，間距500 mm，單體與U型鋼可縮支架間距為250 mm。

3) 成巷穩(wěn)定區(qū)。根據(jù)現(xiàn)場巷道的礦壓顯現(xiàn)，逐漸回撤單體+π型鋼梁，直至全部回撤完畢。

為了防止周期來壓時頂板垮落巖石沖入巷道，工作面支架后200 m內(nèi)采用由可縮性29U型鋼+鋼筋網(wǎng)進行支護，間距500 mm，其中要求鋼架橫平豎直保持在一條直線上，以保證巷幫效果。鋼筋網(wǎng)尺寸為1 000 mm×2 000 mm，并利用8號鐵絲將其與鋼架捆綁在一起，搭接長度不小于200 mm，如圖3所示。

圖3 巷旁擋矸支護示意

4 工程應(yīng)用效果

通過在億欣煤業(yè)XV 1306工作面工業(yè)性試驗，回采過程中留巷圍巖在不同階段出現(xiàn)了不同程度的變形，當留巷滯后工作面70 m范圍內(nèi)巷道變形速率大，礦壓顯現(xiàn)明顯；滯后工作面90 m后，巷道變形趨于穩(wěn)定；滯后工作面180 m后，巷道穩(wěn)定，頂?shù)装逡平俾?1 mm/d。通過對巷道圍巖移近量進行監(jiān)測，頂板下沉量90～350 mm，底鼓量20～250 mm。巷道完全滿足工作面正常回采需求，留巷效果良好。

5 結(jié) 語

億欣煤業(yè)XV1306工作面采用切頂卸壓自動成巷無煤柱開采技術(shù)后，與傳統(tǒng)回采方法比較，多回收煤炭3.3萬t，產(chǎn)生直接經(jīng)濟效益達911萬元，提高煤炭采出率10%，極大緩解了采掘接續(xù)緊張的問題，延長了礦井服務(wù)年限，保障了礦井的安全生產(chǎn)。