胡奇峰

(山西樓俊集團(tuán) 泰業(yè)煤業(yè)有限公司， 山西 呂梁 033200)

沿空留巷是指采用一定的技術(shù)手段將上一工作面巷道保留并在下一工作面回采時(shí)復(fù)用的技術(shù)，其憑借高煤炭回收率、低巷道掘進(jìn)率等優(yōu)勢在我國各大礦區(qū)的應(yīng)用日益廣泛[1,2]. 沿空留巷巷道穩(wěn)定與否是沿空留巷技術(shù)是否成功應(yīng)用的關(guān)鍵。目前，沿空留巷主要采用砌筑矸石墻、高水材料充填、支設(shè)密集支柱(木垛)和定向預(yù)裂爆破切頂留巷等工藝，但砌筑矸石墻勞動效率低，高水材料充填留巷成本較高，定向預(yù)裂爆破切頂專業(yè)性強(qiáng)、技術(shù)難度大、安全系數(shù)低[3-5]. 基于此，結(jié)合泰業(yè)煤礦實(shí)際生產(chǎn)地質(zhì)情況，提出“水力預(yù)裂切頂+分段支護(hù)”的沿空留巷工藝，并在8102運(yùn)輸順槽進(jìn)行實(shí)踐。

1 工程概況

泰業(yè)煤礦目前主采9#煤，煤層厚度0.1～4.5 m，平均厚度2.0 m；煤層傾角4°～8°，平均傾角6°. 8102工作面北鄰8302工作面采空區(qū)，南為緊鄰礦界保安煤柱，東為村莊保護(hù)煤柱，西為F7斷層，工作面走向長1 431 m，傾斜長197～242 m，工作面底板標(biāo)高-334.4～-403.9 m. 工作面煤層頂?shù)装迩闆r見表1.

表1 煤層頂?shù)装寤厩闆r表

2 巷道原支護(hù)設(shè)計(jì)及參數(shù)

8102運(yùn)輸順槽為矩形斷面，斷面尺寸為：寬4 200 mm×高3 800 mm，采用錨網(wǎng)梯支護(hù)(圖1). 頂板采用d18 mm×2 400 mm螺紋鋼錨桿，間排距為800 mm×900 mm，其中兩肩窩錨桿與水平成75°夾角。兩幫采用d18 mm×1 800 mm螺紋鋼錨桿，并加木托板以加強(qiáng)支護(hù)，間排距為1 000 mm×900 mm，頂板下第一排錨桿仰角15°，最下邊一排錨桿俯角15°. 頂板掛8#菱形鐵絲網(wǎng)，掛到幫部最上面一根錨桿托盤下沿。頂板錨桿掛全長4 000 mm錨梯1根，幫部掛高分子網(wǎng)。每根錨桿均用2支樹脂錨固劑錨固，錨固長度不少于1 000 mm，錨桿抗拔力不小于58.8 kN.

圖1 8102運(yùn)輸順槽原支護(hù)斷面圖

3 沿空留巷方案

3.1 水壓預(yù)裂切頂

定向水力預(yù)裂切頂是指在沿空留巷巷道采空區(qū)側(cè)頂板巖層中預(yù)先切割出一個(gè)定向裂縫，在較短時(shí)間內(nèi)注入高壓水，使巖(煤)體沿定向裂縫擴(kuò)展，對其頂板堅(jiān)硬巖層進(jìn)行超前定向預(yù)裂，隨回采工作面的推進(jìn)，其頂板在上覆巖層重力作用下沿切頂縫切落形成沿空巷道巷幫，從而達(dá)到隔離采空區(qū)和確保沿空巷道完整的目的[1-4]. 此外，水壓預(yù)裂切頂有效縮短了頂板懸臂長度，使長懸臂梁改為短懸臂梁，降低巷道圍巖應(yīng)力[5,6].

8102運(yùn)輸順槽水壓預(yù)裂切頂卸壓鉆孔采用普通地質(zhì)鉆機(jī)施工，鉆孔距采空區(qū)側(cè)巷幫0.3～0.5 m，徑為50 mm，鉆孔與垂線夾角為12°，鉆孔間距為10 m. 由于工作面上部為8#煤采空區(qū)，故孔深取基本孔頂厚度的一半(10～15 m)，一般為15 m. 每個(gè)鉆孔均布設(shè)預(yù)裂槽。8102運(yùn)輸順槽頂板水力預(yù)裂鉆孔布置見圖2.

圖2 水力定向預(yù)裂切頂示意圖

注水致裂裝置系統(tǒng)見圖3，從泵站引出一條高壓管，在高壓管上安裝控制閥、流量計(jì)和壓力表，然后引出一條高壓膠管，將控制閥、卸壓閥、轉(zhuǎn)接頭和高壓封孔器等裝置與預(yù)裂孔連接以形成完整注水致裂系統(tǒng)。此外，依據(jù)8102運(yùn)輸順槽實(shí)際工程地質(zhì)條件和以前的水力致裂經(jīng)驗(yàn)，將注水壓力設(shè)置為25 MPa，由于每個(gè)水力致裂鉆孔具體情況不同，單孔水力致裂的時(shí)間為10～60 min. 為了獲得良好的水力致裂效果并不影響工作面推進(jìn)速度，超前煤壁60～100 m對沿空巷道頂板進(jìn)行水力致裂卸壓。

3.2 巷道支護(hù)方案

在8102運(yùn)輸順槽采用水力預(yù)裂切頂沿空留巷時(shí)，為了維護(hù)巷道穩(wěn)定，分別采用超前支護(hù)、端頭支護(hù)和留巷段支護(hù)3種支護(hù)方式對沿空留巷圍巖變形進(jìn)行控制，具體如下：

圖3 高壓水力致裂裝置系統(tǒng)示意圖

1) 超前支護(hù)。對超前工作面煤壁30 m范圍的巷道采用“單體柱+工字鋼梁+錨索梁”的支護(hù)方式進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。單體柱采用DZ-2.8 m型液壓單體柱，3排布置；工字鋼梁由礦用11#工字鋼，長3.8 m；錨索梁由16B槽鋼加工制成，長3.8 m，每根錨索梁上布置3個(gè)錨索孔，孔間距為1.7 m；錨索采用1×7股d21.6 mm×8 000 mm的預(yù)應(yīng)力鋼絞線；錨梁超前工作面煤壁60 m布置。錨索使用3支MSCK2350樹脂錨固劑錨固，錨固力設(shè)計(jì)值為200 kN.

2) 端頭支護(hù)。在工作面端頭前3架支架前鋪設(shè)金屬菱形網(wǎng)和塑料網(wǎng)，雙網(wǎng)均沿傾向布置。當(dāng)巷道頂板金屬菱形網(wǎng)腐蝕和損壞時(shí)，再補(bǔ)鋪1層金屬菱形網(wǎng)。若超前支護(hù)范圍外的巷道變形較大時(shí)，可采取打點(diǎn)柱或套棚的方式進(jìn)行支護(hù)；巷道頂板變形量較大致使頂網(wǎng)完整性被破壞時(shí)，可加鋪單層網(wǎng)來加強(qiáng)護(hù)頂。端頭支護(hù)與排頭支架的間距不大于0.5 m.

3) 留巷段支護(hù)。留巷段采用單體與U型鋼梁支護(hù)。工作面割煤結(jié)束端頭支架推移前，在端頭支架尾梁側(cè)的U型鋼梁兩端架設(shè)單體支柱，同時(shí)在支架側(cè)護(hù)板和單體支柱之間吊掛鋼筋網(wǎng)(d6.5 mm鋼筋焊制，規(guī)格為2 000 mm×1 000 mm，網(wǎng)格為100 mm×100 mm)，所吊掛的鋼筋網(wǎng)上部和頂板金屬菱形網(wǎng)相聯(lián)，下部鋪到底板。在完成上述支護(hù)后，再拉移端頭支架。當(dāng)巷道圍巖破碎時(shí)，用方木接頂、背實(shí)，并采用十棚連鎖器和頂板錨桿進(jìn)行頂板和兩幫鎖棚，幫部連鎖材料使用80 mm寬鋼帶或?qū)Ｓ眠B鎖材料，頂板鎖棚錨桿使用d18 mm×1 800 mm的樹脂螺紋鋼錨桿配合15 mm厚鋼板。

4 工業(yè)性試驗(yàn)

4.1 支護(hù)效果分析

在8102運(yùn)輸順槽水力預(yù)裂切頂沿空留巷期間，在巷內(nèi)布置測點(diǎn)對其圍巖變形情況進(jìn)行觀測，結(jié)果見圖4. 由圖4可知，巷道表面兩幫和頂?shù)装逦灰屏烤S距工作面距離的增大先后經(jīng)歷快速增長、緩慢增長和趨于穩(wěn)定3個(gè)階段。巷道兩幫和頂?shù)装逡平孔畲笾捣謩e為56.20 mm和104.45 mm，圍巖變形控制效果顯著，完全滿足下一工作面復(fù)用要求。

圖4 巷道圍巖變形情況監(jiān)測結(jié)果圖

4.2 經(jīng)濟(jì)效果分析

8102運(yùn)輸順槽采用沿空留巷技術(shù)后，使3下207工作面長度增加4 m，回采煤量增加7 400 t，按260元/t計(jì)算，可增加經(jīng)濟(jì)效益192.4萬元。沿空留巷延米材料及人工費(fèi)用為5 312元/m，新掘巷道延米材料及人工費(fèi)用為5 400元/m，延米材料及人工費(fèi)用減少88元，沿空留巷720 m共減少材料及人工費(fèi)用6.34萬元。3下209材料巷沿空留巷方案實(shí)施后增加經(jīng)濟(jì)收益為192.4+6.34=198.74萬元。

5 結(jié) 語

為提高煤炭資源回收率、緩解采掘接替緊張，在泰業(yè)煤業(yè)8102運(yùn)輸順槽采用水力預(yù)裂切頂沿空留巷技術(shù)，提出了工作面超前段、端頭支護(hù)和留巷段支護(hù)方案?，F(xiàn)場應(yīng)用結(jié)果表明，采動影響下8102運(yùn)輸順槽水力預(yù)裂切頂沿空留巷期間，巷道兩幫和頂?shù)装逡平糠謩e穩(wěn)定在56.20 mm和104.45 mm，圍巖變形完全滿足下一工作面復(fù)用要求，且在沿空留巷方案實(shí)施后取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。