深部采區(qū)回采工作面切頂卸壓留巷技術(shù)研究

張鵬

【摘 要】 深部開采時礦井受到水、瓦斯、地質(zhì)構(gòu)造等影響更為顯著，造成巷道掘進效率低下，采掘接替緊張。為了緩解礦井無面可采局面，在21304軌巷采用切頂卸壓留巷技術(shù)，采用上下組合U型鋼及雙層金屬網(wǎng)組成擋矸墻，采用單體支柱抬棚及液壓支架抬棚組成強化支護體系，用單軌吊實現(xiàn)設(shè)備、矸石的高效運輸。現(xiàn)場實踐證明，切頂爆破采用4+3+2+0裝藥結(jié)構(gòu)，爆破形成的切縫率達86%;留巷幫側(cè)向壓力最大為3MPa，穩(wěn)定時側(cè)向壓力為0.8MPa;在正常段時圍巖變形頂板下沉在300mm以內(nèi)，在地質(zhì)構(gòu)造異常段時采取補充措施后，留巷可以滿足巷道后續(xù)使用。

【關(guān)鍵詞】 深部開采;切頂留巷;裝藥結(jié)構(gòu);擋矸支架;補強支護

【中圖分類號】 TD353 【文獻標識碼】 A

【文章編號】 2096-4102（2020）02-0007-03

眾多學者提出采用沿空留巷、沿空掘巷、煤層增透、恒阻錨索強支護、圍巖注漿以及切頂卸壓等方式降低深部開采時巷道掘進受到的不利影響，其中切頂卸壓留巷技術(shù)可以從根本上降低巷道掘進工程量，在礦井中應(yīng)用逐漸廣泛。文中就對21304工作面軌巷切頂卸壓留巷技術(shù)進行分析探討，以期為其他礦井沿空留巷提供一定借鑒。

1工程概況

21304工作開采13#煤，平均埋深900m，采面為二水平南翼首個回采工作面，東西兩側(cè)均為實體煤，南部邊界為F12斷層，北側(cè)為盤區(qū)集中軌道巷。21304切眼斜長140m，軌道巷設(shè)計長度1430m，共揭露落差在0.6～2.8m正斷層13條，具體位置見圖1。

13#煤厚3.2m，傾角約4°，結(jié)構(gòu)簡單，直接頂為2.78m泥巖、老頂為3.57m細沙巖及5.6m粗砂巖;直接底為0.9m粉砂巖，老底為3.4m炭質(zhì)泥巖。

2切頂留巷卸壓技術(shù)

2.1巷道支護

21304軌巷在掘進期間頂板及巷幫支護采用錨網(wǎng)索支護方式，具體支護參數(shù)為：

（1）支護用φ20×2400mm高強錨桿，間距0.75m、排距0.70m，配合采用M鋼帶，采用網(wǎng)孔規(guī)格為700mm×700mm大網(wǎng)孔金屬網(wǎng);

（2）巷幫用φ18.9mm×4800mm錨索，頂板用φ21.6mm

×8000mm錨索，布置方式為“三二式”，鐵托盤規(guī)格為400mm×400mm×20mm。

留巷頂板用2排φ21.6mm×10000mm恒阻錨索補強，用φ72mm×500mm恒阻器，變形量最大為350mmt，預先施加的預緊力為28t。恒阻錨索超前施工距離以不影響后續(xù)切頂爆破為宜，切頂爆破以不影響采面生產(chǎn)為宜?？拷夭蓚?cè)恒阻錨索配合采用槽鋼（18號）支護。具體超前支護見圖2。

超前采面20m范圍內(nèi)在軌道巷布置單體組成抬棚超前支護，棚間距600～800mm，每一排布置3根單體，一排單體與回采幫間距控制在400～600mm;一排單體支架距煤柱900～1300mm，中間一排單體靠近煤柱布置。

2.2切頂卸壓

在靠近采面幫向上側(cè)施工外插15°，深8.0m爆破孔，在爆破孔內(nèi)插入4根內(nèi)長1.5m，φ42mm聚能管，每一根聚能管均安設(shè)雷管及引線，封孔長度為2000mm，采用正向裝藥方式，一次爆破5個切頂卸壓爆破孔。

在聚能管內(nèi)的裝藥結(jié)構(gòu)及裝藥量應(yīng)確保頂板巖層及時垮落且垮落形成的巖塊在300mm內(nèi)，為提升爆破孔成縫質(zhì)量，采用CXK6成像儀對爆破前后的巖層結(jié)構(gòu)、縫隙發(fā)育情況進行窺視，根據(jù)窺視結(jié)果調(diào)整聚能管內(nèi)的炸藥量及裝藥方式。通過分析發(fā)現(xiàn)，裝藥結(jié)構(gòu)為4+3+2+0即在爆破孔從里到外第一、第二、第三及第四根聚能管分別裝入4節(jié)、3節(jié)、2節(jié)以及0節(jié)乳化炸藥，此時在爆破孔周邊形成的縫隙充分，裂縫利用率在86%以上，爆破后對軌巷原有的支護體系影響較低。

2.3采空區(qū)段支護

2.3.1檔桿支護

隨著采面開采，在機尾第一架支架處鋪設(shè)普通菱形金屬網(wǎng)以及大網(wǎng)孔金屬網(wǎng)，大網(wǎng)孔金屬網(wǎng)靠近采空區(qū)的最外側(cè)，鋪設(shè)2節(jié)U型鋼，重疊部分用限位卡攬聯(lián)鎖，上下兩節(jié)U型鋼疊加范圍搭接距離控制在1400mm，與鋪設(shè)的雙層金屬網(wǎng)共同組成擋矸墻。

2.3.2采空區(qū)軌巷強化支護

隨采面推進，采空區(qū)基本頂先后出現(xiàn)離層、垮落以及斷裂等移動過程，覆巖移動會降低留巷支護體系以及巷旁擋桿體系穩(wěn)定性。沿空留巷頂板采用錨索+錨桿等聯(lián)合支護體系及煤柱作為支撐結(jié)構(gòu)。當頂板巖層破碎、離層量過大時，容易引起頂板出現(xiàn)冒落以及其他切頂事故。

留巷巷幫U型鋼起檔矸作用，而非頂板巖層控制。同時在礦井超前強化支護中采用單體支柱抬棚、滯后強化支護采用液壓抬棚，給頂板提供足夠支撐，滿足留巷初期圍巖變形量較大控制需要。單體抬棚支護由單體支柱（DW28-DW35）、π型鋼梁（長3400mm～3600mm）構(gòu)成，初撐力在6.5MPa以上;ZQL2×3200/17.5/35支架改裝成液壓抬棚，液壓抬棚沿方向與巷道走向平行，單排布置方式，提供的初撐力在20MPa以上，抬棚中心與留巷幫巷幫距離在1200mm。在軌巷支護時，采用50架液壓抬棚，支護距離為200m，具體支護結(jié)構(gòu)見圖3。

布置的第一臺液壓抬棚與超前切頂線約5m，且與超前支護最后一棚單體形成1梁4支柱支護方式。當圍巖變形穩(wěn)定后用JSDB-16絞車將最后端液壓抬棚前移至最前端，隨采面推進循環(huán)前移液壓抬棚;前移液壓抬棚后隔棚回撤單體，保留雙層金屬網(wǎng)以及U型鋼擋矸。

在軌巷π型梁下方鋪設(shè)MK10-16000N單軌吊軌道，用以回撤單體、拉底矸石等，極大減緩作業(yè)人員勞動強度。

3留巷效果

采用十字觀測法對留巷后的圍巖變形進行監(jiān)測，用YUD監(jiān)測儀對頂板離層進行監(jiān)測，用應(yīng)力計監(jiān)測巷幫應(yīng)力，具體監(jiān)測點布置見圖4，監(jiān)測結(jié)果見圖5。

從圖中看出，滯后采面200m內(nèi)為動壓區(qū)，在該段內(nèi)巷道圍巖變形嚴重;采面后方250m以后為穩(wěn)定區(qū)，頂板離層量、下沉量、底鼓量為250mm、300mm及480mm，兩幫位移量分別150mm、100mm，留巷幫側(cè)向應(yīng)力峰值為2.83MPa，最終穩(wěn)定時為0.8MPa。

留巷圍巖變形整體穩(wěn)定，效果較為顯著，留巷后的現(xiàn)場圖見圖6，巷道凈寬約在3.8m，瓦斯?jié)舛仍?.03%～0.22%，無其他有害氣體溢出，留巷幫無需噴漿封堵，留巷效果顯著。

在受到斷層影響段、頂板淋水段、切頂留巷效果差段（爆破后巖塊在500mm以上）、巷道超高段（巷高3.2m以上）等非正常段，留巷效果較差，支護用的部分U型鋼彎曲、金屬網(wǎng)開裂，圍巖變形量較大，后期采用修整、補打等措施后，留巷斷面可以滿足巷道使用需要。

4總結(jié)

深部留巷時，特別是頂?shù)装鍘r性為泥巖時，破碎嚴重，開采后基本定離層、回轉(zhuǎn)下沉、長期得不到穩(wěn)定，因此，需要采取更強的支護體系，采用補強錨索對巷道圍巖強化控制，液壓抬棚強化補強支護，巷旁用組合U型鋼、雙層金屬網(wǎng)進行擋矸支護;

深部開采時，采空區(qū)后方沿空留巷段受采面開采影響范圍較大，在地質(zhì)構(gòu)造正常段一般在滯后采面0～200m左右，在地質(zhì)構(gòu)造復雜段影響范圍在0～300m左右。

采用組合U型鋼及雙層金屬網(wǎng)組成擋矸支架，確保留巷成功。上下U型鋼搭接距離達到1400mm，抵御巷幫的側(cè)向應(yīng)力。在現(xiàn)場應(yīng)用表明，采用的切頂卸壓留巷技術(shù)可以降低巷道掘進工程量。

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