郭曉鵬

(晉能控股裝備制造集團(tuán) ，山西晉城 048006)

無(wú)煤柱開(kāi)采作為一種綠色、高效的開(kāi)采技術(shù)，具有提高煤炭回收率和緩解工作面接續(xù)緊張等優(yōu)點(diǎn)。無(wú)煤柱開(kāi)采技術(shù)主要指沿空留巷技術(shù)，即采用一定的技術(shù)手段將上區(qū)段工作面回采巷道保留下來(lái)用作下區(qū)段工作面回采巷道，該技術(shù)已得到了廣泛應(yīng)用[1-5]。寺河煤礦二號(hào)井生產(chǎn)能力為300萬(wàn)t/a，礦井開(kāi)采煤層為9號(hào)、15號(hào)煤層。礦井9號(hào)煤層位于石炭系太原組下部，煤厚0.62～1.85 m，平均厚度1.34 m，工作面區(qū)段保護(hù)煤柱寬度一般為20～30 m，造成了大量的煤炭資源損失，降低了資源回收率。同時(shí)，9號(hào)煤層區(qū)段煤柱會(huì)在采空區(qū)形成應(yīng)力集中，給后續(xù)下部15號(hào)煤層巷道布置和圍巖控制增加難度。為優(yōu)化礦井采掘銜接、提高資源回收率，設(shè)計(jì)在97307工作面97214巷進(jìn)行切頂留巷，為礦井未來(lái)開(kāi)采規(guī)劃和新技術(shù)應(yīng)用提供指導(dǎo)。

寺河煤礦二號(hào)井位于山西晉城澤州縣，礦井批準(zhǔn)開(kāi)采9號(hào)、15號(hào)煤層，屬于高瓦斯礦井，瓦斯絕對(duì)涌出量120.44 m3/min，相對(duì)瓦斯涌出量32.40 m3/t，平均瓦斯含量30.59 m3/t。開(kāi)采的9號(hào)煤層為無(wú)煤塵爆炸危險(xiǎn)性、Ⅲ類不易自燃煤層，水文地質(zhì)類型中等，礦井最大涌水量為88 m3/h，正常涌水量為78 m3/h，無(wú)沖擊傾向性。97307工作面寺河煤礦二號(hào)井9號(hào)煤層七盤區(qū)，煤層傾角2～13°，平均5°，煤厚1.04～1.87 m，平均1.5 m，老頂為細(xì)砂巖，厚度為5.3 m，直接頂為粉砂巖，厚度為3.9 m。

1 97214巷切頂留巷技術(shù)

1.1 技術(shù)路線

采用以“切頂卸壓+恒阻錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)”為主體思路，通過(guò)預(yù)裂切縫爆破，在局部范圍切斷工作面頂板應(yīng)力傳遞，減弱巷道頂板壓力，利用恒阻大變形錨索進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固，控制頂板下沉，使所留巷道圍巖能夠最大限度地發(fā)揮自身承載作用，減少巷道變形，保證留巷效果[6]。

1.2 97214巷切頂留巷技術(shù)方案

97214巷為矩形斷面，尺寸為4.4 m×2.4 m。97214巷切頂留巷技術(shù)方案主要包括巷道支護(hù)技術(shù)方案、切頂卸壓技術(shù)方案以及巷旁擋矸技術(shù)方案。

1) 巷道支護(hù)技術(shù)方案。巷道原支護(hù)：采用錨網(wǎng)梁索聯(lián)合支護(hù)技術(shù)，支護(hù)斷面見(jiàn)圖1，巷道頂板采用直徑20 mm、長(zhǎng)度2.0 m的左旋高強(qiáng)螺紋鋼錨桿，每排4根，間排距1.2 m×1.2 m，巷道中心位置布置1根直徑15.24 mm、長(zhǎng)度5.3 m的單體錨索；巷道幫部同樣采用直徑20 mm、長(zhǎng)度2.0 m的左旋高強(qiáng)螺紋鋼錨桿，每排2根，間排距1.2 m×2.4 m，具體支護(hù)見(jiàn)圖1。

圖1 巷道支護(hù)斷面(mm)

恒阻錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)：在留巷之前采用恒阻錨索進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固，基于試驗(yàn)巷道生產(chǎn)地質(zhì)條件，頂板設(shè)計(jì)兩列恒阻錨索加強(qiáng)支護(hù)，單體錨索直徑21.8 mm、長(zhǎng)度9.3 m，恒阻值設(shè)計(jì)343 kN。第一列恒阻錨索設(shè)計(jì)距采空區(qū)側(cè)0.7 m，設(shè)計(jì)排距1.0 m；第二列恒阻錨索設(shè)計(jì)距第一列1.5 m，設(shè)計(jì)排距2.0 m。第一列恒阻錨索采用厚度3 mm的W鋼帶連接，具體支護(hù)見(jiàn)圖2。

2) 切頂卸壓技術(shù)方案。切頂卸壓技術(shù)方案采用預(yù)裂切縫爆破方式，局部切斷頂板應(yīng)力傳遞，減弱巷道頂板壓力，一定范圍內(nèi)增加切頂高度可改善切頂效果，當(dāng)切頂高度超過(guò)一定值時(shí)，切頂高度的增加將造成頂板應(yīng)力的惡化，切頂高度一般滿足公式(1)：

H=(h-h1-h2)/(λ-1)

(1)

式中：H為切頂高度；h為采高，取1.5 m；h1為巷道底鼓量；h2為頂板下沉量；λ為碎脹系數(shù)，取1.2。

忽略巷道底鼓量和頂板下沉量，切頂高度H=7.5 m，97214巷沿底掘進(jìn)，挑頂0.9 m，巷道直接頂為厚度3.9 m的粉砂巖(實(shí)際厚度3.0 m)，基本頂為厚度5.3 m的細(xì)砂巖，綜合考慮設(shè)計(jì)切頂高度為8.0 m。

97214巷切縫孔設(shè)計(jì)距工作面幫(采空區(qū)側(cè))0.2 m，沿97214巷頂板平行布置一排，間距設(shè)計(jì)0.5 m，深度設(shè)計(jì)8.0 m，切縫孔角度設(shè)計(jì)與鉛垂線夾角呈10°，見(jiàn)圖3。

3) 巷旁擋矸技術(shù)方案。97214巷采用切頂卸壓沿空留巷后，采空區(qū)采用“木板+風(fēng)筒布+金屬網(wǎng)+混凝土噴漿”進(jìn)行堵漏。即：從采空區(qū)向外采用風(fēng)筒布、鋼筋網(wǎng)、木板、風(fēng)筒布、金屬網(wǎng)加混凝土噴漿和U型鋼可伸縮支架進(jìn)行擋矸和堵漏，混凝土噴漿層厚度不小于100～200 mm，巷旁擋矸支護(hù)平面圖見(jiàn)圖4。

圖3 切頂鉆孔布置示意(mm)

圖4 巷旁擋矸支護(hù)平面(mm)

2 工程應(yīng)用效果

在寺河煤礦二號(hào)井97214巷進(jìn)行了切頂留巷技術(shù)，目前該工作面已回采完畢，共留巷1 350 m，留巷變形監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖5。

圖5 巷道變形曲線

由圖5可知，巷道滯后工作面0～60 m范圍，隨著工作面推進(jìn)，采空區(qū)懸頂距離增加，巷道圍巖出現(xiàn)明顯的變形現(xiàn)象；滯后工作面60～150 m范圍，此階段已經(jīng)垮落的矸石對(duì)上覆巖層起到一定的支撐作用，但由于矸石尚未完全壓實(shí)，巷道圍巖變形量仍緩慢增加；滯后工作150 m之后，采空區(qū)矸石已基本壓實(shí)，頂板基本穩(wěn)定，巷道圍巖變形量基本不再變化。

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，成功留巷后，97214巷留巷段作為輔助運(yùn)輸巷擔(dān)負(fù)了97308工作面(97307工作面鄰近工作面)的搬家運(yùn)輸任務(wù)，97214巷在復(fù)用過(guò)程中頂板穩(wěn)定，復(fù)用效果良好，證明了切頂留巷技術(shù)方案的合理性和可靠性。

3 結(jié) 語(yǔ)

無(wú)煤柱開(kāi)采技術(shù)具有提高煤炭回收率和緩解工作面接續(xù)緊張等優(yōu)點(diǎn)，以寺河煤礦二號(hào)井97214巷為工程背景，提出了以“切頂卸壓+恒阻錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)”為核心的技術(shù)路線，開(kāi)發(fā)了97214巷切頂留巷技術(shù)方案，包括巷道支護(hù)技術(shù)方案、切頂卸壓技術(shù)方案以及巷旁擋矸技術(shù)方案，技術(shù)應(yīng)用后監(jiān)測(cè)了巷道變形情況，留巷區(qū)域變形主要發(fā)生滯后工作面0～60 m范圍，整體看97214巷在復(fù)用過(guò)程中頂板穩(wěn)定，復(fù)用效果良好，證明了切頂留巷技術(shù)方案的合理性和可靠性，為寺河煤礦二號(hào)井切頂留巷的大規(guī)模應(yīng)用提供了技術(shù)保障。