李豐廷

(晉煤控股集團(tuán) 晉城煤炭事業(yè)部億欣煤業(yè)，山西 沁水 048200)

長期以來，煤炭一直是我國的主要消費(fèi)能源，隨著煤炭開采深度的增加，條件逐漸惡劣，從資源和安全角度出發(fā)，傳統(tǒng)的煤柱護(hù)巷技術(shù)不再適用[1-2]。為提高煤炭回收效率、改善巷道圍巖環(huán)境，我國專家提出了無煤柱護(hù)巷技術(shù)，前期專家學(xué)者的研究主要聚焦在巷旁充填護(hù)巷技術(shù)，但是由于巷旁充填護(hù)巷工序較為復(fù)雜，與采煤工序有所沖突，為此，何滿朝院士提出了將頂板長懸臂梁采用一定的技術(shù)手段切落呈短懸臂梁，該技術(shù)可有效改善巷道圍巖應(yīng)力環(huán)境，目前已得到廣泛應(yīng)用[3-5]。億欣煤業(yè)XV1307工作面開采15號煤層，煤層傾角為1～15°，平均7°，煤層厚度為1.68～2.87 m，平均2.24 m，煤層中含1～2層夾石，為全區(qū)穩(wěn)定可采煤層，工作面基本頂為K2石灰?guī)r，平均厚度16.36 m，普氏系數(shù)f=8.09，屬于穩(wěn)定堅硬頂板，工作面采用一面三巷布置方式，其中，XV1214為工作面進(jìn)風(fēng)巷，為緩解工作面接續(xù)緊張、提高煤炭回收效率，XV1214巷計劃采用沿空留巷方式留作XV2306工作面的回采巷道使用。

1 堅硬頂板預(yù)裂爆破切頂留巷機(jī)理

切頂留巷是采用一定的技術(shù)手段將上工作面回采巷道留作下工作面使用，目前常采用的方式包括密集鉆孔和預(yù)裂爆破。預(yù)裂爆破切頂留巷是采用爆破方法，提前對回采巷道采空區(qū)側(cè)堅硬頂板巖層進(jìn)行預(yù)裂，人為地在堅硬頂板巖層制造一條人造裂隙，隨工作面回采，受采動高應(yīng)力影響，堅硬頂板巖層將沿著這條人造裂隙快速垮落，在此過程中基本頂或堅硬頂板巖層由長懸臂梁結(jié)構(gòu)形成了短懸臂梁，實(shí)現(xiàn)了對巷道圍巖結(jié)構(gòu)的改變，切斷了堅硬頂板巖層及覆巖應(yīng)力傳遞。采用該技術(shù)方法主要圍繞切頂和護(hù)巷技術(shù)，其切頂技術(shù)采用預(yù)裂爆破方式，護(hù)巷技術(shù)包括恒阻大變形錨索提前補(bǔ)強(qiáng)、采動影響范圍臨時加固、采空區(qū)巷幫擋矸等，該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)工作面自動成巷，圖1為預(yù)裂爆破切頂留巷示意。

圖1 預(yù)裂爆破切頂留巷示意

2 堅硬頂板預(yù)裂爆破切頂留巷技術(shù)

預(yù)裂爆破切頂留巷技術(shù)主要包括堅硬頂板預(yù)裂爆破技術(shù)、恒阻大變形錨索提前補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)、采動影響范圍臨時加固技術(shù)和采空區(qū)巷幫擋矸技術(shù)。

1) 堅硬頂板預(yù)裂爆破技術(shù)。超前工作面20 m采用雙向聚能隔孔爆破方式進(jìn)行堅硬頂板巖層預(yù)裂，距巷幫0.2 m處在巷道頂板向采空區(qū)側(cè)施工1排鉆孔，鉆孔間距500 mm、直徑52 mm、長度10 000 mm、封孔長度2 500 mm，每個爆破鉆孔布置6根D型聚能管、14根炸藥藥卷，每次預(yù)裂長度為7.0 m，具體參數(shù)和布置方式如圖2所示。

2) 恒阻大變形錨索提前補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)。超前工作面50 m施工頂板恒阻大變形錨索進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，錨索設(shè)計3排，錨索規(guī)格為直徑21.8 mm、長度12 300 mm，第一排距采空區(qū)巷幫0.6 m施工，間距1.0 m；第二排距采空區(qū)巷幫1.6 m施工，間距2.0 m；第三排距采空區(qū)巷幫3.3 m施工，間距2.0 m。第一排錨索采用3.0 mm厚的W鋼帶連接，錨索托盤均采用，托盤選用300 mm×300 mm×20 mm的蝶形托盤，具體參數(shù)和布置方式見圖2。

圖2 恒阻大變形錨索和預(yù)裂爆破鉆孔布置示意(mm)

3) 采動影響范圍臨時加固技術(shù)。在超前工作面30 m至之后工作面架設(shè)1排戴帽單體柱，第一排距采空區(qū)側(cè)巷幫0.4～1.6 m，第一排距實(shí)煤體側(cè)巷幫0.8～1.6 m，排距1.0 m。

4) 采空區(qū)巷幫擋矸技術(shù)。采空區(qū)側(cè)采用U型鋼及鋼筋網(wǎng)組成的聯(lián)合擋矸，同時，兩U型鋼中間之間架設(shè)1架單體柱，使其形成一條直線布置，單體柱間距500 mm，U型鋼型號29U，采用卡蘭和連桿連成整體，具體參數(shù)和布置方式如圖3所示。

圖3 采空區(qū)巷幫側(cè)擋矸示意

3 現(xiàn)場工業(yè)性試驗(yàn)

將提出的堅硬頂板預(yù)裂爆破切頂留巷技術(shù)應(yīng)用于億欣煤業(yè)XV1307工作面XV1214巷，同時監(jiān)測了超前工作面20 m到滯后工作面200 m范圍內(nèi)的巷道變形情況，圖4給出了實(shí)煤體側(cè)巷道和頂?shù)装遄冃吻€。由圖可知，巷道變形大概可分為如下幾個階段：超前工作面20 m到滯后工作面20 m范圍內(nèi)巷道受采動影響較小，變形相對較小，變形速度約5 mm/d；滯后工作面20～80 m范圍內(nèi)巷道受采動影響明顯，出現(xiàn)劇烈變形，變形速度約20 mm/d；滯后工作面80～140 m范圍內(nèi)巷道受采動影響程度降低，變形速度有所減緩，變形速度約16 mm/d；滯后工作面140 m后，變形速度進(jìn)一步減緩，變形速度約2 mm/d；滯后工作面160 m后，變形逐漸趨于穩(wěn)定，巷道頂?shù)装遄畲笞冃瘟考s315 mm，實(shí)煤體幫部最大變形量約219 mm。從現(xiàn)場看，巷道變形均在允許范圍內(nèi)，所留巷道斷面尺寸可以滿足下工作面使用，表明了堅硬頂板預(yù)裂爆破切頂留巷技術(shù)的合理性和可靠性。

圖4 巷道變形曲線

4 結(jié) 語

為提高煤炭回收率、改善巷道圍巖環(huán)境，億欣煤業(yè)XV1307工作面采用沿空留巷技術(shù)，采用爆破方法，提前預(yù)裂堅硬頂板巖層，人為構(gòu)造結(jié)構(gòu)裂隙，受采動高應(yīng)力影響，堅硬頂板巖層由長懸臂梁結(jié)構(gòu)形成了短懸臂梁，基于此，開發(fā)了堅硬頂板預(yù)裂爆破技術(shù)、恒阻大變形錨索提前補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)、采動影響范圍臨時加固技術(shù)和采空區(qū)巷幫擋矸技術(shù)，形成了堅硬頂板預(yù)裂爆破切頂留巷技術(shù)，成功實(shí)現(xiàn)了億欣煤業(yè)XV1214巷沿空留巷。