孟佑輝

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)大斗溝煤業(yè)有限公司 山西 大同 037026）

0 引言

沿空留巷就是采用一定的技術(shù)手段沿著采空區(qū)邊緣在原順槽位置將上一區(qū)段的順槽重新支護(hù)留給下一區(qū)段使用，因此提高無(wú)煤柱工作面留巷段巷道穩(wěn)定性至關(guān)重要，就需要從巷道補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)、擋矸支護(hù)、切頂預(yù)裂、沿空留巷支護(hù)等綜合技術(shù)進(jìn)行分析研究。

1 概述

同忻三盤(pán)區(qū)山2號(hào)層8201工作面采用無(wú)煤柱采煤法，面長(zhǎng)180 m，可采走向長(zhǎng)1 270 m，工作面埋深450 m～510 m，基本頂巖性為中粗粒砂巖，厚度19.2 m～25.1 m，直接頂巖性為粉細(xì)砂巖，厚度為12.8 m～19.8 m，偽頂巖性為泥巖，厚度0.33 m～0.86 m，直接底巖性為粉細(xì)砂巖，厚度0.78 m～1.16 m；皮帶運(yùn)輸巷、輔助運(yùn)輸巷巷道斷面規(guī)格均為5.2 m×3.6 m，采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)，頂錨索使用?17.8×9 300 mm 鋼絞線，間排距1 600 mm×3 000 mm，頂錨桿使用?22×2 500 mm左旋無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿，間排距900 mm×1 000 mm，幫錨桿使用?20×2 000 mm 左旋無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿，間排距1 000 mm×1 000 mm；在輔助運(yùn)輸巷進(jìn)行沿空留巷技術(shù)，采用“切頂卸壓+補(bǔ)強(qiáng)錨索支護(hù)+U29 型鋼擋矸支護(hù)”的方法，在山2#層同忻三盤(pán)區(qū)8201 無(wú)煤柱工作面5201巷進(jìn)行沿空留巷工作。

2 補(bǔ)強(qiáng)錨索加強(qiáng)支護(hù)設(shè)計(jì)

2.1 補(bǔ)強(qiáng)錨索長(zhǎng)度計(jì)算

為了保證切頂過(guò)程和周期來(lái)壓期間巷道的穩(wěn)定性，在對(duì)巷道頂板進(jìn)行切頂前采用錨索補(bǔ)強(qiáng)加固。其中補(bǔ)強(qiáng)錨索長(zhǎng)度計(jì)算可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：

式中：LH—補(bǔ)強(qiáng)錨索長(zhǎng)度，m；

HF—切縫深度，m。

HC—為工作面采高，m。

即恒阻錨索長(zhǎng)度通常比切縫高度長(zhǎng)2 m，以采高2.7 m 計(jì)算，那么補(bǔ)強(qiáng)錨索的長(zhǎng)度為9.02 m，同時(shí)為確保穩(wěn)定在穩(wěn)定巖層中不低于1.6 m，查看頂板柱狀圖可以確定直接頂為7.2 m～8.3 m，錨索長(zhǎng)度選擇10.3 m符合設(shè)計(jì)要求。

2.2 錨索間排距設(shè)計(jì)

單位面積內(nèi)補(bǔ)強(qiáng)錨索的數(shù)量計(jì)算：

式中：

Pn—單位面積內(nèi)頂板壓力，kN；

P0—補(bǔ)強(qiáng)錨索恒阻值，kN，取252 kN;

K—安全系數(shù)，取1.1～1.3，取1.3。

經(jīng)過(guò)計(jì)算，每平方米需要1.13 根?21.8 mm 的錨索，我們?cè)O(shè)計(jì)中在原支護(hù)基礎(chǔ)上共布設(shè)2 列，采用“三花型”布置。第一列錨索距8201煤壁幫650 mm，排距1 500 mm；第二排距第一列1 150 mm 為補(bǔ)打，排距3 000 mm，符合上述計(jì)算要求。

在工作面正?；夭汕凹肮ぷ髅媲醒?、5201巷預(yù)裂切頂前，在工作面超前不小于150 m 施工補(bǔ)強(qiáng)錨索加固巷道，并在靠近煤壁側(cè)一排補(bǔ)強(qiáng)錨索上沿著巷道走向添加3.4 m鋼帶提高整體支護(hù)性能[1]。（見(jiàn)圖1）

圖1 巷道補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)實(shí)物圖

3 頂板預(yù)裂爆破

在保證補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)超前預(yù)裂切縫施孔不小于50 m的前提下，按工作面推進(jìn)方向，對(duì)5201 巷巷道至少超前工作面回采50 m 完成爆破預(yù)裂，一次起爆5 m 范圍內(nèi)的炮孔，確保形成切頂卸壓預(yù)裂切縫線[2]。

3.1 爆破使用材料

雙向聚能管采用特制聚能管，外徑為42 mm，內(nèi)徑為36.5 mm，管長(zhǎng)1 500 mm。采用煤礦許用三級(jí)乳化炸藥，規(guī)格為直徑?35×300 mm/卷，電雷管采用同一段煤礦許用毫秒延期電雷管。炮眼封泥必須使用水炮泥，炮袋使用規(guī)格?42×500 mm牛皮紙炮袋。

3.2 預(yù)裂爆破分區(qū)

開(kāi)切眼至600 m 切縫孔深為9.5 m。安裝5 根聚能管，封土1.8 m～2.0 m，在施工過(guò)程中根據(jù)采空區(qū)塌落情況采用過(guò)5+3+3+3+1和4+3+3+3+2裝藥結(jié)構(gòu)，一次起爆8個(gè)孔。

從600 m 至停產(chǎn)線切縫孔深為8.1 m/9.5 m。安裝4 根聚能管，封土2.1 m，裝藥結(jié)構(gòu)采用4+3+3+2，根據(jù)采空區(qū)垮落情況采用過(guò)4+4+3+3 和5+4+3+3+1，一起起爆5～8個(gè)孔。

3.3 試驗(yàn)情況

3.3.1 預(yù)裂方案一（孔深9.5 m，距開(kāi)切眼50 m～100 m）

表1 距開(kāi)切眼50 m～100 m試驗(yàn)區(qū)切頂預(yù)裂爆破參數(shù)

采空區(qū)懸板相對(duì)沒(méi)有明顯改善，仍在15 m 左右。為進(jìn)一步改善采空區(qū)懸板長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)、可控性低的問(wèn)題，決定在孔深不變的情況下，增加孔底裝藥量、適當(dāng)縮短孔間距進(jìn)行下一步試驗(yàn)，見(jiàn)圖2。

圖2 預(yù)裂方案一窺視圖

3.3.2 預(yù)裂方案二（孔深9.5 m，距開(kāi)切眼100 m～150 m）

表2 距開(kāi)切眼100-150m試驗(yàn)區(qū)切頂預(yù)裂爆破參數(shù)

經(jīng)對(duì)采空區(qū)懸板觀測(cè)統(tǒng)計(jì)，懸板也有明顯減少，并呈規(guī)律性垮落。

3.3.3 預(yù)裂方案三（孔深8.1 m，距停采線600 m～500 m）

表3 距停采線600 m～500 m試驗(yàn)區(qū)切頂預(yù)裂爆破參數(shù)

對(duì)采空區(qū)進(jìn)行觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)尾采空區(qū)懸板長(zhǎng)度較大，懸板長(zhǎng)度在20 m左右時(shí)才會(huì)隨開(kāi)采推進(jìn)垮落，對(duì)懸板垮落的的控制效果不理想。

3.3.4 預(yù)裂方案四（將孔深8.1 m 調(diào)整為9.5 m，距停采線500 m～400 m）

表4 距停采線500 m～400 m試驗(yàn)區(qū)切頂預(yù)裂爆破參數(shù)

統(tǒng)計(jì)尾部采空區(qū)懸板有明顯減少，通常在10 m左右呈現(xiàn)有規(guī)律的垮落。

3.4 預(yù)裂效果

通過(guò)在5201 巷不同位置采用方案二進(jìn)行切頂預(yù)裂爆破，爆破后的孔預(yù)裂效果較好，在開(kāi)采110 m時(shí)發(fā)現(xiàn)一塊頂板預(yù)裂效果非常好的石塊（如圖3），可以看出預(yù)裂效果顯著。

圖3 塌落下來(lái)的巖塊

4 架后巷道臨時(shí)支護(hù)及擋矸支護(hù)設(shè)計(jì)與改進(jìn)

（1）5201巷架后臨時(shí)支護(hù)區(qū)單體液壓支柱支設(shè)長(zhǎng)度為200 m，支設(shè)5排單體液壓支柱。第一排為切頂留巷擋矸側(cè)單體液壓支柱，柱距0.5 m，距29U型鋼0.5 m,配合使用0.8 m長(zhǎng)的π型梁，第二排單體液壓支柱距第一排單體液壓支柱1 m。第二、三、四、五排單體液壓支柱相互之間排距均為1 m，柱距0.9 m，配合使用0.8 m長(zhǎng)的π型梁，一梁一柱[3]。

5201 巷架后擋矸支護(hù)。開(kāi)采時(shí)按照設(shè)計(jì)要求利用U29 型鋼和單體間隔支設(shè)，U 型鋼和單體間距為0.25 m，在開(kāi)采15米時(shí)采空區(qū)初次垮塌，該方法擋矸效果良好，但是隨著開(kāi)采，采空區(qū)的垮塌，有較大的石頭對(duì)U 型鋼和單體支柱沖擊，造成U 型鋼變形和單體的變形為此，進(jìn)行了三次改進(jìn)。（見(jiàn)圖4）

圖4 原設(shè)計(jì)的擋矸支護(hù)圖

（2）第一次改進(jìn)：從開(kāi)切眼位置開(kāi)始向外20 mU型鋼底座直接坐落在硬化的底板上，發(fā)現(xiàn)在采空區(qū)塌落后，直接將U 型鋼推到巷道內(nèi)，支護(hù)效果差，為此我們?cè)谥гO(shè)時(shí)進(jìn)行起底，將底座坐落在梁窩內(nèi)，起到了一定的支護(hù)效果。

（3）第二次改進(jìn)：開(kāi)采50 m 后，為減少單體的損壞，又保證支護(hù)效果，改變了擋矸單體的支護(hù)方式，將擋矸單體和U型鋼并排支設(shè)，利用0.8 m長(zhǎng)的π型梁垂直巷道布置，頂住U 型鋼，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)后，采空區(qū)垮塌時(shí)部分U型鋼上部被擠出，但是沒(méi)有矸石竄到巷道內(nèi)，取到了較好的支護(hù)效果。（見(jiàn)圖5）

圖5 改進(jìn)后的支護(hù)圖

（4）第三次改進(jìn)：在觀測(cè)采空區(qū)塌落后，還存在U型鋼上部從π 型梁側(cè)面擠開(kāi)，因此為了π 型梁能更好的起到水平支撐作用，從259架U型鋼（130 m）開(kāi)始將U型鋼凹面向巷道，π型梁卡在凹面內(nèi)，并且將U型鋼上部的鋼筋從?20 mm換成?30 mm，超出U型鋼邊緣長(zhǎng)度從50 mm 換成80 mm；同時(shí)將上部焊接的鐵板由200 mm 長(zhǎng)換成250 mm 長(zhǎng)，增加接觸面積，經(jīng)過(guò)這次改進(jìn)后起到了非常好的效果，單體損壞從開(kāi)采初期30%，下降到了2%以內(nèi)。成巷效果見(jiàn)圖6。

圖6 留巷段成巷效果

5 結(jié)論

經(jīng)過(guò)工作面長(zhǎng)期生產(chǎn)實(shí)踐，以及礦壓監(jiān)測(cè)設(shè)備獲取的數(shù)據(jù)分析觀測(cè)，采用預(yù)裂孔孔深9.5 m、孔間距350 mm～400 mm、使用4根半聚能管、裝藥結(jié)構(gòu)調(diào)整為“5+4+3+3+1”、機(jī)制炮泥封孔、封孔長(zhǎng)度2.6 m的方案，此時(shí)頂板爆破預(yù)裂效果最好；同時(shí)在沿空留巷段臨時(shí)支護(hù)區(qū)支設(shè)5 列單體液壓支柱，排距為1.0 m，配合使用0.8 m 長(zhǎng)的π 型梁，一梁一柱支護(hù)頂板，第一列單體液壓支柱距煤壁0.7 m，第二列單體液壓支柱與第一列單體液壓支柱間距1.7 m，第三列單體液壓支柱與第二列間距為0.9 m，第四列柱單體液壓支柱與第三列間距為0.8 m，第五列為切頂留巷擋矸側(cè)單體液壓支柱，柱距0.5 m，緊貼29U 型鋼支設(shè)，直接支設(shè)在U 型鋼的上部卡槽內(nèi)，巷道穩(wěn)定性好，總體上巷道頂?shù)装鍩o(wú)明顯變形，留巷效果良好。