蘇耀杰

(晉能控股煤業(yè)集團(tuán) 晉華宮礦，山西 大同 037000)

我國(guó)煤礦開采主要以井工礦為主[1]。井下生產(chǎn)時(shí)，多采用留設(shè)區(qū)段煤柱進(jìn)行開采。留設(shè)的保護(hù)安全煤柱的寬度差異較大，而不論是寬煤柱還是窄煤柱都會(huì)造成煤炭資源浪費(fèi)。且巷道支護(hù)及掘進(jìn)成本較大。切頂卸壓自動(dòng)成巷無(wú)煤柱開采技術(shù)由何滿潮院士首次提出[2-3]。該技術(shù)應(yīng)用雙向聚能張拉成型爆破技術(shù)超前預(yù)裂頂板，并將預(yù)裂部分?jǐn)嗔训捻敯逯斡诓煽諈^(qū)，形成短懸臂梁結(jié)構(gòu)[4],形成穩(wěn)定的巷幫，阻斷矸石滑落對(duì)生產(chǎn)中巷道安全的威脅，形成留巷的不同分區(qū)。該工法從根本上實(shí)現(xiàn)了無(wú)煤柱開采，且支護(hù)成本較低，提高了煤炭資源的利用率[5],避免了因留設(shè)煤柱而出現(xiàn)的煤層自燃、沖擊地壓等煤礦災(zāi)害?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)施過(guò)程中需要進(jìn)行一定的優(yōu)化和完善以適合具體的煤礦條件。

本次研究以山西晉華宮煤礦為研究背景，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)條件在8714工作面回采過(guò)程中開展切頂卸壓沿空留巷技術(shù)研究。以期找出適合晉華宮礦的切頂沿空留巷工藝及綜合安全保障技術(shù)。

1 工程背景

晉華宮礦8714工作面屬礦井+810 m水平，位于礦井北部，為12-2號(hào)層307盤區(qū)首采工作面，工作面走向1 563 m，傾向196 m，工作面巷道沿煤層頂板掘進(jìn)。工作面內(nèi)煤層頂板標(biāo)高+822～+876 m，地面標(biāo)高+1 232.3～+1 291.0 m，煤層厚度5.22～6.42 m，平均煤厚6.01 m，煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，煤層傾角2～8°，平均5°，硬度系數(shù)3.0。

8714工作面回采過(guò)程中采用切頂卸壓沿空留巷技術(shù)將2714巷保留下來(lái)作為8712工作面區(qū)段巷道使用，工作面布置及頂?shù)装鍘r層分布如圖1所示。

圖1 工作面概況

2 切頂卸壓沿空留巷技術(shù)及工藝

2.1 沿空留巷分區(qū)

采用切頂卸壓沿空留巷技術(shù)后，根據(jù)巷道所受采動(dòng)影響程度、巷道內(nèi)工程施工情況和巷道所處狀態(tài)，本次研究將沿空留巷分為三個(gè)區(qū)，分別為超前切頂區(qū)、滯后臨時(shí)支護(hù)區(qū)、成巷穩(wěn)定區(qū)，如圖2所示。

圖2 沿空留巷分區(qū)

在超前切頂區(qū)內(nèi)，主要進(jìn)行超前預(yù)裂切縫和頂板補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，考慮超前支承壓力和工作面生產(chǎn)的影響，超前預(yù)裂切縫和頂板補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)應(yīng)超前工作面100 m完成。在滯后臨時(shí)支護(hù)區(qū)內(nèi)進(jìn)行巷旁擋矸防護(hù)和滯后臨時(shí)支護(hù)，一方面防止采空區(qū)矸石竄入巷道；另一方面支撐頂板，減小巷道受到工作面周期來(lái)壓的影響。當(dāng)留巷渡過(guò)了周期來(lái)壓的影響，并且巷道圍巖穩(wěn)定后，拆除頂板支護(hù)措施，完成留巷。

2.2 沿空留巷工藝流程

基于上述切頂卸壓沿空留巷技術(shù)原理，提出以“切、補(bǔ)、護(hù)、支”為核心的沿空留巷工藝流程，如表1所示。

表1 沿空留巷核心工藝流程

3 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施方案及效果

2714巷切頂卸壓沿空留巷施工工藝為：超前預(yù)裂切縫—頂板補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)—巷旁擋矸防護(hù)—滯后臨時(shí)支護(hù)—回撤臨時(shí)支護(hù)完成沿空留巷。

3.1 超前預(yù)裂切縫方案

超前預(yù)裂切縫施工范圍為：2714巷切眼至停采線外15 m，共計(jì)約1 500 m巷道。根據(jù)頂板取芯結(jié)果和頂板層間距探測(cè)結(jié)果，綜合確定目標(biāo)切頂高度，如圖3所示。

圖3 2714巷里段目標(biāo)切頂高度

3.2 頂板補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)

1) 頂板錨索排距3 000 mm時(shí)，設(shè)計(jì)在原有支護(hù)基礎(chǔ)上增加“錨桿+錨索+鋼筋梯+鋼筋網(wǎng)”支護(hù)頂板。

2) 頂板錨索排距2 000 mm時(shí)，設(shè)計(jì)在原有支護(hù)基礎(chǔ)上增加“錨桿+錨索+鋼筋梯+鋼筋網(wǎng)”支護(hù)頂板。

3.3 超前支護(hù)方案

采用單體柱+金屬頂梁進(jìn)行超前支護(hù)，超前支護(hù)距離不小于20 m。

3.4 巷旁擋矸防護(hù)設(shè)計(jì)

滯后臨時(shí)支護(hù)在2714巷過(guò)渡支架旁布置，施工范圍為2714巷切眼至停采線處，隨工作面推進(jìn)向前方緊跟過(guò)渡支架施工。

雙側(cè)金屬網(wǎng)沿爆破鉆孔連線布置，外層(靠巷道一側(cè))選用D8 mm鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)頂板接頂。選擇礦用風(fēng)筒布相互搭接用于留巷段防漏風(fēng)用U型鋼壓覆，擋矸柱采用36U型鋼通過(guò)卡纜搭接組成，下部U型鋼位于巷道一側(cè)，加穿柱鞋防止鉆底，上部U型鋼位于采空區(qū)一側(cè)，不帶頂帽以利于上部U型鋼鉆入頂板，增加擋矸柱穩(wěn)定性。增加橫撐支撐擋矸柱，防止擋矸柱變形，如圖4所示。

圖4 巷旁擋矸防護(hù)

3.5 滯后臨時(shí)支護(hù)方案

滯后臨時(shí)支護(hù)區(qū)內(nèi)留巷受礦壓顯現(xiàn)的影響會(huì)出現(xiàn)圍巖應(yīng)力增高、巷道變形等情況，通常位于工作面后方300 m范圍內(nèi)，具體可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)結(jié)果確定。在晉華宮礦尚無(wú)觀測(cè)數(shù)據(jù)的前提下，暫定工作面后方300 m范圍為滯后臨時(shí)支護(hù)區(qū)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)性試驗(yàn)結(jié)果，確定追中滯后臨時(shí)支護(hù)距離。滯后臨時(shí)支護(hù)采用單體柱棚支護(hù)或采用垛式支架支護(hù)，如圖5所示。

圖5 滯后臨時(shí)支護(hù)

3.6 爆破切縫效果效果檢驗(yàn)

對(duì)爆破鉆孔進(jìn)行多次窺視，采用ZKXG-30礦用鉆孔成像軌跡檢測(cè)裝置進(jìn)行窺視，若窺視結(jié)果顯示爆破鉆孔內(nèi)沿切頂線方向裂縫發(fā)育長(zhǎng)度超過(guò)鉆孔深度50%、相鄰炮孔連線有明顯裂縫，則說(shuō)明成縫效果好。同時(shí)若工作面后方觀測(cè)孔在工作面回采后出現(xiàn)因采空區(qū)垮落而產(chǎn)生的堵孔，這說(shuō)明頂板垮落良好，目標(biāo)層位及時(shí)垮落，如圖6所示。

4 結(jié) 語(yǔ)

1) 針對(duì)晉華宮礦8714大采高工作面無(wú)煤柱支護(hù)進(jìn)行了技術(shù)研究，形成了超前預(yù)裂切縫—頂板補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)—巷旁擋矸防護(hù)—滯后臨時(shí)支護(hù)—回撤臨時(shí)支護(hù)的適合晉華宮礦的沿空留巷技術(shù)工藝。

2) 提出了巷道爆破切縫的效果檢驗(yàn)方案，并在井下實(shí)際生產(chǎn)中進(jìn)行應(yīng)用?，F(xiàn)場(chǎng)切縫效果明顯，沿空留巷技術(shù)應(yīng)用效果良好。

圖6 預(yù)裂切縫效果觀測(cè)