李 博

（山西忻州神達能源集團有限公司 山西 忻州 034000）

0 工程概況

該礦井設(shè)計規(guī)模為120萬t/a，礦井許可開采標高+980 m～+620 m，煤層平均傾角3°～5°。其中11215回采工作面走向長575 m，傾斜長157 m。地面標高：+1 024 m～+1 074 m，井下標高：+718 m～+735 m，煤層埋深：289 m～356 m，煤層厚度1.53 m～1.61 m，平均1.57 m，煤層頂板為砂巖及泥巖、底板為泥巖，煤層平均傾角3°～5°，煤層產(chǎn)狀較平緩。煤層呈單斜構(gòu)造，地質(zhì)條件簡單，斷裂構(gòu)造不發(fā)育。

1 方案設(shè)計

原巷道斷面為矩形斷面，掘進斷面規(guī)格：5 000 mm×2 600 mm,采用錨網(wǎng)支護，頂部打設(shè)4根?18 mm×2 000 mm右旋無縱筋螺紋鋼錨桿，頂錨桿間排距為1 200 mm×1 000 mm，兩幫各打設(shè)2根?18 mm×1 500 mm螺紋鋼錨桿，幫錨桿間排距為1 200 mm×1 000 mm，巷道全斷面錨網(wǎng)支護，錨桿為矩形布置。施工過程中如遇地質(zhì)構(gòu)造等情況需要對頂板加固時，進行錨索補強支護，錨索間排距為2 400 mm×3 000 mm。

本方案采用以“切頂卸壓+恒阻大變形錨索支護+巷道臨時支護”為主體的設(shè)計方案，通過預(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，且預(yù)裂爆破能夠很好地保護巷道頂板完整性。利用恒阻大變形錨索進行補強加固，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。工作面推進過程中，所留巷道會受到動壓影響，需要對所留巷道采取相應(yīng)的支護措施。

1.1 恒阻大變形錨索設(shè)計方案

為了保證切頂過程和周期來壓期間巷道的穩(wěn)定性，在對巷道頂板進行預(yù)裂切頂前采用恒阻大變形錨索補強加固，確保恒阻大變形錨索超前加固距離大于等于20 m。恒阻大變形錨索鋼絞線直徑為21.8 mm，長度為7 300 mm，恒阻器長500 mm，外徑79 mm，最大允許變形量350 mm，預(yù)緊力不小于28 t，托盤規(guī)格300 mm×300 mm×16 mm，中間擴孔直徑100 mm。恒阻大變形錨索垂直于頂板方向布置，共布設(shè)2列，切縫側(cè)恒阻錨索距切縫線500 mm，排距1 000 mm；第二列恒阻錨索布置在巷道中線位置，排距2 000 mm。其中，切縫側(cè)每3根恒阻錨索使用W鋼帶進行連接，以提高頂板的整體強度。恒阻錨索支護設(shè)計方案如下圖所示。

圖1 恒阻錨索支護設(shè)計示意圖（單位：mm）

圖2 恒阻錨索支護設(shè)計平面示意圖（單位：mm）

1.2 頂板預(yù)裂切縫設(shè)計方案

采用雙向聚能爆破預(yù)裂技術(shù)，將特定規(guī)格的炸藥裝在兩個設(shè)定方向有聚能效應(yīng)的聚能裝置中，炸藥起爆后，炮孔圍巖在非設(shè)定方向上均勻受壓，而在設(shè)定方向上集中受拉，依靠巖石抗壓怕拉的特性，使巖石按設(shè)定方向拉裂成型，從而實現(xiàn)被爆破體按設(shè)定方向張拉斷裂成型。其中切縫孔距巷道正幫設(shè)計為200 mm，與鉛垂線夾角為15°，切縫孔間距為0.5 m。雙向聚能管采用特制聚能管，特制聚能管外徑為42 mm，內(nèi)徑為36.5 mm，管長1 500 mm。聚能爆破采用煤礦三級乳化炸藥，藥卷規(guī)格為?35 mm×200 mm/卷，單孔6卷。

1.3 巷道臨時支護設(shè)計方案

工作面推進過程中，不同位置巷道受采動影響不同。工作面超前段會受到超前壓力的影響。工作面開采后，頂板開始垮落，且從垮落到穩(wěn)定需要一定的時間，因此距工作面較近的架后區(qū)域不僅需要進行頂板支護，還需進行擋矸支護。隨著工作面繼續(xù)推進，當巷道距工作面較遠時，頂板運動基本會趨于穩(wěn)定，此時可將架后用于臨時支護的設(shè)備撤掉，只進行擋矸支護即可。根據(jù)以往現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，將工作面附近巷道劃分為三個區(qū)：超前支護區(qū)（工作面前方30 m），超后臨時支護區(qū)（架后0 m～200 m，具體范圍需要根據(jù)礦壓監(jiān)測結(jié)果確定）和成巷穩(wěn)定區(qū)（架后200 m之后），不同分區(qū)根據(jù)需要采取不同的支護措施，分區(qū)如下圖所示。

圖3 巷道不同位置臨時支護示意圖

1.3.1 超前支護區(qū)

此段巷道位于工作面超前采動影響區(qū)，巷道頂板壓力較大，因此需要超前加強支護。設(shè)計超前支護采用恒阻大變形錨索設(shè)計方案。

1.3.2 超后臨時支護區(qū)（架后0 m～200 m）

此段巷道位于工作面超后影響區(qū)，受動壓影響明顯，巷道頂板壓力較大?？紤]到井下實際情況，架后臨時支護采用單體液壓支柱+π型梁+U型鋼+鋼筋網(wǎng)的聯(lián)合支護形式。頂板加強支護采用單體支柱和π型梁進行，π型梁垂直巷道走向支設(shè)，排距1 000 mm，每排布置4根單體。為了防止采空區(qū)的矸石竄入巷道，同時需要擋矸支護。擋矸支護采用可縮U型鋼，相鄰U型鋼之間的距離為500 mm，U型鋼位于切縫位置。

1.3.3 成巷穩(wěn)定區(qū)（架后200 m之后）

此段巷道受采動影響很小，頂板下沉量及單體支柱的壓力變化也很小，可認為該區(qū)域已趨于穩(wěn)定狀態(tài)，可將臨時支護的單體撤掉，只保留U型鋼和鋼筋網(wǎng)進行擋矸。

2 監(jiān)測方案設(shè)計

采用切頂卸壓沿空留巷無煤柱開采技術(shù)后，需要對巷道及工作面的變形及受力情況進行監(jiān)測，以便制定進一步措施。其中對工作面的監(jiān)測主要是對液壓支架的受力進行監(jiān)測，靠近切縫側(cè)的40個支架每5架布置一個測點，工作面其余位置每10架布置一個測點。

巷道內(nèi)主要對恒阻錨索和單體支柱（或超后支架的受力和變形設(shè)點監(jiān)測。距留巷開始位置200 m范圍內(nèi)每20 m布置一個測站，液壓支柱（或超后支架）測點布置與恒阻錨索的測點布置盡量保持一致，有利于以后綜合分析，隨后每隔50 m布置一個測站。測站布置如下圖所示。

圖4 測站布置示意圖

要定時對觀測數(shù)據(jù)做好記錄，及時整理，并根據(jù)觀測結(jié)果提出相關(guān)建議。每天觀測記錄及分析應(yīng)及時上報有關(guān)人員便于及時調(diào)整參數(shù)并采取相應(yīng)的安全技術(shù)措施。

3 應(yīng)用效果

通過對現(xiàn)場進行監(jiān)測及數(shù)據(jù)分析，該工作面在推進過程中錨索受力變化不大，基本趨于小幅度變化并趨于穩(wěn)定狀態(tài)，頂板離層變化在±50 mm范圍內(nèi)。采前和采后頂板至軌道面距離基本變化不大，最大距離控制在30 mm左右。在工作面推進過程中，采煤工作面前方20 m左右超前支撐壓力開始顯現(xiàn)，后方30 m左右采后壓力開始趨于穩(wěn)定，通過對支架受力狀態(tài)分析，溜尾處支架受力基本處在恒定范圍內(nèi)，說明工作面進風順槽切頂后，工作面頂板冒落及時?，F(xiàn)場的實際應(yīng)用證明無煤柱開采在本礦實現(xiàn)了高產(chǎn)高效的目標，也從根本上解決了因為留設(shè)煤柱帶來的煤柱自然發(fā)火、應(yīng)力集中引起的順槽巷道難維護等難題。

4 結(jié)語

薄煤層無煤柱自成巷110工法技術(shù)在該礦的預(yù)算成本為1 884元/m，原有巷道成巷預(yù)算為4 400元/m。由此可見，采用該技術(shù)可以取得顯著的經(jīng)濟效益，對于進一步降本增效、提高回收率有很大的促進作用。