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摘要:以鎮(zhèn)城底礦28108工作面為研究背景，結(jié)合礦井地質(zhì)條件對切頂卸壓沿空留巷技術(shù)進(jìn)行研究與應(yīng)用。該技術(shù)采用雙向聚能爆破技術(shù)使巷道頂板按預(yù)定方向預(yù)裂，充分利用礦井周期性來壓沿空切頂，形成對上覆巖層頂板的支撐，降低了對留巷段的應(yīng)力，通過采用聯(lián)合支護(hù)技術(shù)來加強(qiáng)對上覆巖層頂板的支撐，并采用錨網(wǎng)+36U型鋼支架將采空區(qū)與留巷區(qū)隔斷。切頂卸壓沿空留巷技術(shù)在鎮(zhèn)城底礦成功應(yīng)用，提高礦井開采效率，有效解決沿空掘巷頂板難于控制和生產(chǎn)接替緊張的問題，為切頂卸壓沿空留巷技術(shù)在西山煤電的應(yīng)用奠定良好基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞:綜采工作面;切頂卸壓;沿空留巷;預(yù)裂爆破;支護(hù)

鎮(zhèn)城底礦位于山西古交市西北，井田東西走向6.6km，南北寬2～5km，井田面積16.63km2，礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力190萬t/a，屬高瓦斯礦井，地質(zhì)條件中等。28108工作面開采8#煤層，煤層平均厚度1.5m，煤層平均傾角16.5°。工作面位于鎮(zhèn)城底礦二采區(qū)，工作面水平標(biāo)高－580m，南為采區(qū)下山煤柱，西部為28105工作面采空區(qū)，東部為斷層保護(hù)煤柱，北為工業(yè)廣場保護(hù)煤柱。28108工作面頂板主要以砂質(zhì)泥巖、細(xì)砂巖為主，巷道頂板采用錨網(wǎng)+錨索的支護(hù)方式，巷道兩幫采用采用18mm×2200mm等強(qiáng)全螺紋錨桿+W鋼帶+金屬網(wǎng)支護(hù)。

1切頂卸壓沿空留巷技術(shù)

28108工作面所采8#煤層，平均厚度3.2m，8#煤層直接頂為砂質(zhì)泥巖、細(xì)砂巖，厚9.06m;基本頂為細(xì)砂巖、粉砂巖、泥巖，平均厚度10.8m。

1.1技術(shù)原理

切頂卸壓沿空留巷技術(shù)采用雙向聚能預(yù)裂爆破技術(shù)使巷道頂板按預(yù)定方向預(yù)裂，充分利用礦井周期性來壓沿空切頂，形成對上覆巖層頂板的支撐，降低了對留巷段的應(yīng)力反應(yīng)，隨著采掘的推進(jìn)，后方的頂板在應(yīng)力作用下按預(yù)定方向裂縫垮落形成巷幫，通過科學(xué)的支護(hù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)沿空留巷。

1.2施工工藝

①在工作面切頂卸壓預(yù)定爆破區(qū)30m范圍內(nèi)采用巷內(nèi)恒阻大變形錨桿(索)+液壓支架進(jìn)行超前支護(hù);②施工切縫孔爆破切縫;③按預(yù)定方向進(jìn)行預(yù)裂爆破;④在工作面前50m范圍采用液壓支架+Π型梁進(jìn)行超前支護(hù)并對巷道的變形情況進(jìn)行監(jiān)測;⑤在工作面后50m范圍采用巷旁密集單體液壓支柱+液壓支架+36U型鋼支架+錨網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)技術(shù)進(jìn)行超后支護(hù);⑥頂板在應(yīng)力作用下按預(yù)定方向裂縫垮落形成巷幫;⑦工作面液壓支架自機(jī)頭向機(jī)尾依次抽出并調(diào)向，在工作面后100m處采用錨網(wǎng)+36U型鋼支架進(jìn)行聯(lián)合支護(hù)，沿空留巷完成。

2頂板預(yù)爆裂技術(shù)

在28108工作面50m處點(diǎn)切縫眼眼位布置炮眼進(jìn)行雙向聚能爆破技術(shù)使巷道頂板按預(yù)定方向預(yù)裂，并采用錨網(wǎng)+36U型鋼支架將采空區(qū)與留巷區(qū)隔斷切斷應(yīng)力傳遞途徑，降低應(yīng)力對沿空留巷段的擾動(dòng)，形成對上覆巖層頂板的支撐作用。雙向聚能預(yù)裂爆破技術(shù)能夠很好地保護(hù)巷道頂板完整性［1］。

2.1預(yù)裂切縫深度的計(jì)算由于28108工作面頂板巖層主要為砂質(zhì)泥巖、細(xì)砂巖，巖石的碎脹系數(shù)取值見表2。砂質(zhì)泥巖的碎脹系數(shù)取1.2，中硬砂巖的碎脹系數(shù)取1.5。在設(shè)計(jì)中由于煤層變化小較穩(wěn)定，可不考慮底鼓量、頂板下沉量。僅考慮采動(dòng)影響和煤層頂板情況、成縫率，將數(shù)值代入公式計(jì)算出頂板預(yù)裂切縫鉆孔深度為8m。

2.2雙向聚能預(yù)裂爆破技術(shù)雙向聚能預(yù)裂爆破技術(shù)通過在巖層頂板的裂縫上鉆炮孔，采用雙向抗拉聚能裝置進(jìn)行裝藥，保證巖體預(yù)裂方向與雙向聚能一致。雙向聚能爆破利用爆破所形成的聚能流在預(yù)定方向切割巖石，在形成裂隙后，通過應(yīng)力波的擴(kuò)縫作用增加巖石的裂縫深度及長度，將巖石拉斷。鑒于所鉆炮孔的巖石已斷裂，可降低炸藥使用量，由于雙向聚能爆破裝置對圍巖的保護(hù)，還可降低對巖體的破壞，所以雙向聚能預(yù)裂爆破技術(shù)即實(shí)現(xiàn)對巖體的預(yù)裂還保護(hù)了巷道頂板［2］。28108工作面巷道切縫孔布置在巷道回采側(cè)巷幫，距巷道回采側(cè)巷幫200mm切縫孔并與鉛垂線形成20°夾角，間距為0.8m，深度8m，孔徑56mm。采用1.5m特制聚能管，爆破器材使用二級煤礦許用乳化炸藥，藥卷規(guī)格為直徑35mm長200mm。將聚能管安裝于炮孔中，每孔裝5個(gè)聚能管，裝藥10卷，每次正向起爆15個(gè)孔。

3巷道支護(hù)設(shè)計(jì)受采動(dòng)影響工作面

在推進(jìn)過程中，需綜合考慮分區(qū)研究采取不同的支護(hù)結(jié)構(gòu)和參數(shù)。

3.1超前支護(hù)區(qū)超前支護(hù)區(qū)指距工作面超前30m的范圍內(nèi)巷道。由于該區(qū)域位于工作面超前采動(dòng)影響區(qū)，應(yīng)采用“π”型梁+單體液壓支柱+液壓支架進(jìn)行聯(lián)合支護(hù)，沿巷道傾向布置鋼棚，采用“一梁三柱”即一根配型梁下三根單體液壓支柱支撐，棚距0.8m，總支護(hù)長度保證在30m以上。超前支護(hù)單體液壓支柱間距1600mm，排距800mm。超前液壓支架靠巷道下幫，距巷道中心線300mm，支架間距80mm，支架初撐力應(yīng)大于15MPa。

3.2超后支護(hù)區(qū)超后支護(hù)區(qū)指距工作面后100m的沿空留巷范圍內(nèi)，巷道受動(dòng)壓影響嚴(yán)重該區(qū)域巷道頂板壓力較大，研究和設(shè)計(jì)了36U型鋼支架+單體柱支護(hù)+液壓支架進(jìn)行擋矸支護(hù)。單體支柱排距800mm，間距400mm。36U型鋼支架必須與切縫孔連線對齊［3］。

3.3成巷穩(wěn)定區(qū)成巷穩(wěn)定區(qū)指工作面100m之后的范圍，該區(qū)域巷道受采動(dòng)影響較小較為穩(wěn)定，巷道頂板下沉量及單體支柱的壓力變化小，可將該區(qū)域臨時(shí)支護(hù)的單體液壓支柱撤掉，只保留36U型鋼支架及π型梁進(jìn)行擋矸。待液壓支架撤掉后，在π型梁下加設(shè)1根單體液壓支柱形成“一梁四柱”的支護(hù)結(jié)構(gòu)，支柱布置在巷道下幫，距巷道中心線300mm，初撐力應(yīng)大于60MPa。

4應(yīng)用效果

鎮(zhèn)城底礦為了驗(yàn)證切頂卸壓沿空留巷技術(shù)的效果，選取28108工作面對巷道圍巖應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)測，距工作面60、160、320、600m處分別設(shè)置命名1個(gè)監(jiān)測區(qū)。

5結(jié)語

切頂卸壓沿空留巷技術(shù)在鎮(zhèn)城底礦28108工作面成功應(yīng)用，減少巷道掘進(jìn)工作量50%，解決了鎮(zhèn)城底礦沿空掘巷頂板難于控制和采掘接替緊張的問題。為后期沿空留巷和雙向聚能爆破預(yù)裂技術(shù)應(yīng)用提供參考依據(jù)。鎮(zhèn)城底礦在沿空留巷的支護(hù)方面通過采用恒阻大變形錨桿(索)+巷旁密集單體液壓支柱+液壓支架聯(lián)合支護(hù)技術(shù)，與以往砌料石和澆筑混凝土墻相比減少勞動(dòng)強(qiáng)度和支護(hù)維修量。采用切頂卸壓沿空留巷無煤柱開采技術(shù)消除留設(shè)煤柱導(dǎo)致的應(yīng)力集中現(xiàn)象，有效防治煤與瓦斯突出。同時(shí)，采用切頂卸壓沿空留巷技術(shù)減少巷道掘進(jìn)量，節(jié)約資金130余萬元。具有良好的社會與經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn):

［1］毛懷勇.唐山溝煤礦切頂卸壓沿空留巷無煤柱開采技術(shù)［J］.煤炭工程，2016，48(8):12－14.

［2］張弘弦.深部松軟破碎頂板巷道圍巖控制技術(shù)［J］.能源技術(shù)與管理，2017，42(3):7－9.

［3］李明.爆破切頂與聯(lián)合支護(hù)技術(shù)在沿空留巷中的應(yīng)用研究［J］.能源與環(huán)保，2017，39(6):137-144.

作者：康波 單位：西山煤電(集團(tuán))有限責(zé)任公司