晉華宮礦大采高沿空留巷開采技術(shù)研究

蘇耀杰

(晉能控股煤業(yè)集團 晉華宮礦，山西 大同 037000)

我國煤礦開采主要以井工礦為主[1]。井下生產(chǎn)時，多采用留設(shè)區(qū)段煤柱進行開采。留設(shè)的保護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造成煤炭資源浪費。且巷道支護及掘進成本較大。切頂卸壓自動成巷無煤柱開采技術(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)裂部分斷裂的頂板支撐于采空區(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)。該工法從根本上實現(xiàn)了無煤柱開采，且支護成本較低，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)場實施過程中需要進行一定的優(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)場條件在8714工作面回采過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。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)簡單，煤層傾角2～8°，平均5°，硬度系數(shù)3.0。

8714工作面回采過程中采用切頂卸壓沿空留巷技術(shù)將2714巷保留下來作為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區(qū)，分別為超前切頂區(qū)、滯后臨時支護區(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)，主要進行超前預(yù)裂切縫和頂板補強支護，考慮超前支承壓力和工作面生產(chǎn)的影響，超前預(yù)裂切縫和頂板補強支護應(yīng)超前工作面100 m完成。在滯后臨時支護區(qū)內(nèi)進行巷旁擋矸防護和滯后臨時支護，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壓的影響。當(dāng)留巷渡過了周期來壓的影響，并且巷道圍巖穩(wěn)定后，拆除頂板支護措施，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、護、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)場實施方案及效果

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

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，共計約1 500 m巷道。根據(jù)頂板取芯結(jié)果和頂板層間距探測結(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 頂板補強支護

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

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

3.3 超前支護方案

采用單體柱+金屬頂梁進行超前支護，超前支護距離不小于20 m。

3.4 巷旁擋矸防護設(shè)計

滯后臨時支護在2714巷過渡支架旁布置，施工范圍為2714巷切眼至停采線處，隨工作面推進向前方緊跟過渡支架施工。

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

3.5 滯后臨時支護方案

滯后臨時支護區(qū)內(nèi)留巷受礦壓顯現(xiàn)的影響會出現(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)場觀測結(jié)果確定。在晉華宮礦尚無觀測數(shù)據(jù)的前提下，暫定工作面后方300 m范圍為滯后臨時支護區(qū)，根據(jù)現(xiàn)場工業(yè)性試驗結(jié)果，確定追中滯后臨時支護距離。滯后臨時支護采用單體柱棚支護或采用垛式支架支護，如圖5所示。

圖5 滯后臨時支護

3.6 爆破切縫效果效果檢驗

對爆破鉆孔進行多次窺視，采用ZKXG-30礦用鉆孔成像軌跡檢測裝置進行窺視，若窺視結(jié)果顯示爆破鉆孔內(nèi)沿切頂線方向裂縫發(fā)育長度超過鉆孔深度50%、相鄰炮孔連線有明顯裂縫，則說明成縫效果好。同時若工作面后方觀測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，這說明頂板垮落良好，目標(biāo)層位及時垮落，如圖6所示。

4 結(jié) 語

1) 針對晉華宮礦8714大采高工作面無煤柱支護進行了技術(shù)研究，形成了超前預(yù)裂切縫—頂板補強支護—巷旁擋矸防護—滯后臨時支護—回撤臨時支護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方案，并在井下實際生產(chǎn)中進行應(yīng)用。現(xiàn)場切縫效果明顯，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