申志鑫

（霍州煤電集團(tuán)呂梁山煤電有限公司方山店坪煤礦，山西 呂梁 033100）

1 概 述

霍州煤電集團(tuán)呂梁山煤電有限公司方山店坪煤礦202工作面位于井田830水平，工作面東西走向布置，東部為實(shí)體煤，南部為204工作面，西部為盤區(qū)大巷，北部為200工作面。

202工作面設(shè)計(jì)走向長(zhǎng)度為1644m，傾向長(zhǎng)度為220m，工作面回采為9#煤層，煤層平均厚度為平均厚度3.0m，屬中厚煤層，煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般含夾矸2-3層，夾矸厚0.2～0.35m。巷道煤厚為2.8～3.1m，煤層傾角為1～10°，屬于緩傾斜煤層。煤層頂板為砂質(zhì)泥巖、細(xì)砂；底板為砂質(zhì)泥巖。

為了實(shí)現(xiàn)礦精細(xì)化回采，通過(guò)分析研究決定對(duì)202與204工作面采取沿空留巷無(wú)煤柱回采工藝，即202工作面與204工作面共用一條回風(fēng)順槽，具體工作面布置如圖1所示。202沿空留巷斷面規(guī)格為寬×高=5.0×3.1m。

2 聚能爆破切頂卸壓施工

為了保證202工作面回采期間，采空區(qū)垮落后不影響204工作面后期回采正常通風(fēng)及運(yùn)輸，決定對(duì)202沿空留巷采取聚能爆破切頂卸壓施工。

2.1 聚能爆破切頂卸壓施工原理

聚能爆破切頂卸壓主要在沿空留巷頂板指定位置施工一排連續(xù)穩(wěn)定的爆破鉆孔，然后對(duì)鉆孔進(jìn)行定向聚能爆破，使鉆孔壁巖體在指定方向產(chǎn)生裂隙，該裂隙對(duì)頂板集中應(yīng)力產(chǎn)生卸壓作用，同時(shí)工作面回采時(shí)采空區(qū)頂板沿該裂隙帶進(jìn)行垮落，有效防止了沿空留巷無(wú)煤柱回采時(shí)頂板破碎、冒落現(xiàn)象，保證了工作面安全高效回采。

2.2 施工工藝

1）為了保證204工作面安全回采，202工作面回采過(guò)程中需對(duì)202沿空留巷頂板處施工一排定向聚能爆破鉆孔，鉆孔施工在距202工作面煤壁0.2m處，鉆孔間距為4.0m，直徑為45mm。由于9#煤層直接頂主要為砂質(zhì)泥巖，平均厚度為2.4m，基本頂主要為砂巖，平均厚度為4.1m，所以保證切頂垮落效果，定向聚能爆破鉆孔深度為6.0m，鉆孔向采空區(qū)方向以75°斜角布置，如圖2所示。

2）鉆孔施工前首先由地測(cè)科現(xiàn)場(chǎng)給定中心，并進(jìn)行標(biāo)定鉆孔位置，采用MT-130型錨索機(jī)配套六棱中空鉆孔以及直徑為45mm合金鉆頭進(jìn)行鉆孔施工，鉆孔施工后保證100m范圍內(nèi)內(nèi)鉆孔偏角誤差小于2°。

3）爆破孔施工完后對(duì)孔內(nèi)安裝一根長(zhǎng)度為3.0m聚能管，聚能管主要由PVC管制成，聚能管直徑為42mm，聚能管兩側(cè)均勻焊制7個(gè)直徑為15mm圓孔，聚能管安裝后在其內(nèi)部填裝兩支乳化炸藥及一支毫秒延期電雷管，單孔裝藥量為600g。每次允許爆破炮孔數(shù)量為1個(gè)。

圖2 202沿空留巷切頂卸壓聚能爆破鉆孔布置示意圖

3 202沿空留巷聯(lián)合支護(hù)工藝

為了保證202沿空留巷頂板穩(wěn)定性，防止頂板破碎、垮落，保證204工作面后期穩(wěn)定回采，202工作面在回采期間決定對(duì)沿空留巷段頂板采取“恒阻大變形錨索吊棚+支設(shè)密集單體柱”聯(lián)合支護(hù)，并安裝擋矸網(wǎng)。

3.1 恒阻大變形錨索吊棚施工

1）沿空留巷頂板共計(jì)施工兩排恒阻大變形錨索吊棚，且成交錯(cuò)式布置，第一排施工在距切頂孔0.3m處，第二排施工在距切頂孔1.9m處，恒阻錨索吊棚主要由一根長(zhǎng)度為2.1m，寬度為0.1m槽鋼，兩根長(zhǎng)度為9.0m，直徑為21.6mm恒阻錨索組成，槽鋼上均勻焊制兩個(gè)直徑為30mm圓孔，孔間距為1.5m。

2）首先采用錨索鉆機(jī)在202沿空留巷頂板指定位置施工兩個(gè)錨索鉆孔，鉆孔沿巷道走向布置，孔間距為1.5m，鉆孔施工完后對(duì)鉆孔內(nèi)依次安裝錨固劑及恒阻錨索，并采用鉆機(jī)進(jìn)行錨固，錨固后錨索外露長(zhǎng)度控制在0.25m范圍內(nèi)。

3）恒阻錨索安裝后在兩根錨索外露端安裝一根長(zhǎng)度為2.1m槽鋼，槽鋼平面與巷道頂板接觸嚴(yán)實(shí)，并采用鎖具將槽鋼與頂板進(jìn)行預(yù)緊，恒阻大變形錨索吊棚施工間距為1.0m。

3.2 支設(shè)密集單體液壓支柱

1）為了進(jìn)一步提高頂板穩(wěn)定性，決定在202沿空留巷頂板支設(shè)密集單體柱，每排支設(shè)4根，相鄰兩個(gè)單體柱間距為1.0m，第一根單體柱支設(shè)在距0.3m處，單體柱支設(shè)排距為2.0m，如圖3所示。

圖3 202沿空留巷頂板支護(hù)斷面、平面示意圖

2）單體柱端頭與頂板之間安裝一根長(zhǎng)度為0.5m“π”型頂梁，頂梁與巷道走形垂直布置，單體柱支設(shè)后應(yīng)保持平直，壓力不得低于額定值得80%，每班開(kāi)工前應(yīng)安排專職人員對(duì)支護(hù)壓力、變形情況進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)失效支柱時(shí)必須及時(shí)更換。

3.3 安裝擋矸裝置

為了能夠有效202工作面采空區(qū)垮落后煤矸進(jìn)行阻擋，防止采空區(qū)內(nèi)有害氣體涌入巷道內(nèi)，決定在202沿空留巷處安裝擋矸裝置。

1）擋矸裝置主要由單體液壓支柱、連接桿、金屬網(wǎng)、風(fēng)筒布聯(lián)合組成，工字鋼梁長(zhǎng)度為3.1m，在鋼梁兩端各焊制一塊長(zhǎng)度為0.5m，寬度為0.3m鋼板中部焊制一個(gè)直接為25mm圓孔；金屬網(wǎng)采用10#鉛絲編制的長(zhǎng)度為4.0m,寬度為2.0m經(jīng)緯網(wǎng)。

2）首先在距切頂孔0.2m處支設(shè)一排工字鋼梁，鋼梁間距為0.5m，鋼梁與巷道走向平行布置，鋼梁支設(shè)后分別在頂板、底板施工一個(gè)錨桿將鋼梁與頂、底板進(jìn)行固定，鋼梁支設(shè)水平偏差不得大于3°。

3）在相鄰兩架鋼棚質(zhì)安監(jiān)安裝4組交錯(cuò)式連接桿，卻保鋼梁間聯(lián)鎖保護(hù)作用；鋼梁固定后在鋼梁上位于202工作面煤壁側(cè)安裝雙層金屬網(wǎng)，并采用鉛絲進(jìn)行捆綁固定；鋼梁另一側(cè)鋪設(shè)風(fēng)筒布，防止采空區(qū)有害氣體涌入巷道內(nèi)。

4 沿空留巷無(wú)煤柱回采方案可行性研究

截止2018年11月28日202工作面已回采結(jié)束，針對(duì)工作面回采經(jīng)濟(jì)效益、圍巖控制、地面塌陷效果等幾方面，合理分析202工作面無(wú)煤柱回采方案可行性。

4.1 經(jīng)濟(jì)效益分析

1）傳統(tǒng)相鄰工作面需留設(shè)寬度為30m煤柱，202工作面采用無(wú)煤柱回采方案時(shí)減少了煤柱留設(shè)，增加了原煤回采量達(dá)20萬(wàn)t，提高經(jīng)濟(jì)效益達(dá)5780余萬(wàn)元。

2）202工作面采用無(wú)煤柱回采時(shí)，202工作面與204工作面共用一條回風(fēng)巷，減少了巷道掘進(jìn)長(zhǎng)度達(dá)1644m，縮短了工作面形成周期達(dá)150d，降低了巷道掘進(jìn)勞動(dòng)費(fèi)用及支護(hù)成本費(fèi)用達(dá)1400萬(wàn)元。

4.2 圍巖控制分析

1）202工作面在回采期間通過(guò)對(duì)沿空留巷段圍巖變形情況進(jìn)行觀察發(fā)現(xiàn)，在工作面超前20m范圍內(nèi)受超前集中應(yīng)力影響，巷道頂板出現(xiàn)局部下沉、破碎現(xiàn)象，主要集中在距工作面0～8.0m處，最大下沉量為0.29m，在8.0～20m范圍內(nèi)頂板下沉量逐漸減低。

2）工作面回采后采空區(qū)頂板沿切頂線實(shí)現(xiàn)了全部垮落，沿空留巷受202巷采空區(qū)影響小，起到了有效卸壓作用，在采空區(qū)側(cè)安裝擋矸裝置后可對(duì)采空區(qū)煤矸、有害氣體進(jìn)行阻擋，巷道內(nèi)最大瓦斯?jié)舛葹?.7%。

4.3 地表塌陷分析

工作面回采后分別對(duì)202無(wú)煤柱工作面以及200常規(guī)工作面地表受影響情況進(jìn)行比較分析可得：

1）200工作面上方有 15條裂縫寬度為0.3m～0.7m之間，落差為0.5m～1.2m之間；其余裂縫普遍在寬度為0.1m～0.3m之間，落差0.1m～0.3m之間。

2）202工作面上方有7條裂縫寬度為0.3m～0.7m之間，落差為0.5m～1.2m之間；其余裂縫普遍在寬度為0.1m～0.2m之間，落差0.1m～0.3m之間。

通過(guò)沿空留巷（202工作面）留巷地表與常規(guī)采煤（200工作面）煤柱地表上方受影響情況對(duì)比，得出在地表地形相似的區(qū)域留巷上方受影響情況比煤柱上方受影響情況明顯要小，裂縫發(fā)育比較緩慢、均勻，平整度相對(duì)較好，方便治理。

5 結(jié)束語(yǔ)

霍州煤電集團(tuán)呂梁山煤電有限公司方山店坪煤礦202工作面采取沿空留巷無(wú)煤柱回采工藝后，通過(guò)分析研究，不僅提高了原煤回采量，減少了巷道掘進(jìn)量，提高了工作面經(jīng)濟(jì)效益，而且對(duì)沿空留巷愛(ài)去切頂卸壓以及聯(lián)合支護(hù)措施后，保證巷道穩(wěn)定性，為了204工作面安全高效回采奠定了基礎(chǔ)，為206、208、210工作面實(shí)現(xiàn)無(wú)煤柱回采提供了實(shí)踐依據(jù)。