8105 綜采工作面沿空留巷無煤柱開采實踐

馮 磊

（呂梁市煤炭產(chǎn)量調(diào)控中心，山西 呂梁 033000）

1 工程概況

錦瑞煤業(yè)8105 綜采工作面位于井田西北部實體煤，東部為8101 工作面，北部為設(shè)計的8107 工作面，南部為采空區(qū)，西部為礦界。8105 工作面回采長度474 m，面長157 m，開采8 號煤層，厚1.2～3.5 m，平均厚3.09 m，煤層傾角5°～8°，埋深約300 m。8 號煤層一般無偽頂和直接頂（局部發(fā)育泥巖直接頂），基本頂巖性為L1 石灰?guī)r，平均厚度3.10 m；底板巖性為泥巖、砂質(zhì)泥巖，局部為粉砂巖、細(xì)砂巖，平均厚度4.50 m。8105 工作面上部有5 號煤層已采空封閉，距5 號煤層平均47.17 m。礦井絕對瓦斯涌出量1.25 m3/min，相對涌出量0.68 m3/t，屬于低瓦斯礦井。為降低巷道掘進(jìn)工程量，提高煤炭資源回收率，在8105工作面運(yùn)輸順槽進(jìn)行沿空留巷。8105 工作面運(yùn)輸順槽沿煤層頂、底板掘進(jìn)，為矩形斷面，凈寬5.2 m，凈高3.0 m，采用錨桿+錨索聯(lián)合支護(hù)。

2 沿空留巷方案設(shè)計

2.1 順槽留巷關(guān)鍵區(qū)段分區(qū)

通過分析礦井開采礦壓觀測數(shù)據(jù)，結(jié)合8105工作面地質(zhì)情況，根據(jù)巷道所受采動影響程度、巷道工程施工情況和巷道所處應(yīng)力及穩(wěn)定狀態(tài)，將運(yùn)輸順槽巷道劃分為超前切頂區(qū)、超前支護(hù)區(qū)、端頭支護(hù)區(qū)、滯后臨時支護(hù)區(qū)和成巷穩(wěn)定區(qū)等5 個區(qū)域，如圖1 所示。超前支護(hù)區(qū)為工作面前方50 m 范圍，之外為超前切頂區(qū)，滯后臨時支護(hù)區(qū)范圍不少于200 m。

圖1 8105 工作面運(yùn)輸順槽分區(qū)圖

2.2 預(yù)裂切縫參數(shù)設(shè)計

（1）預(yù)裂切縫角度

理論分析認(rèn)為工作面采高大于1 m 時，切縫孔與鉛垂線角度為10°～15°，本次設(shè)計切縫孔角度為15°。

（2）預(yù)裂切縫深度

頂板預(yù)裂切縫[1-2]主要使頂板垮落矸石充滿采空區(qū)，支撐上覆巖層，減小其回轉(zhuǎn)變形，從而提高沿空留巷的穩(wěn)定性，同時切斷基本頂巖梁，減少采空區(qū)頂板對巷道上部頂板的“拉拽”作用。8105 工作面采煤厚度為3.1 m，采空區(qū)底板移近量為0.2 m，頂板冒落巖層碎脹系數(shù)取1.3，計算得到預(yù)裂切縫孔深度不小于9.5 m。結(jié)合8105 工作面實際地質(zhì)條件，確定切縫鉆孔深度為10 m，垂直深度為9.7 m。

（3）預(yù)裂切縫孔間距

8105 工作面開采8 號煤層，頂板為石灰?guī)r，屬于堅硬頂板，為保證爆破預(yù)裂切縫效果，設(shè)計預(yù)裂切縫孔間距為500 mm。同時，為達(dá)到更好的留巷效果，需對8105 工作面切眼部分區(qū)域和運(yùn)輸順槽進(jìn)行切頂。具體參數(shù)：① 初采在切眼外幫頂板施工切縫鉆孔，切縫范圍為距8105 運(yùn)輸順槽50 m 內(nèi)，切縫孔垂直于頂板，切縫線距外幫煤壁500 mm，間距1000 mm，切縫孔直徑52 mm，深度10 m；② 運(yùn)輸順槽切縫孔距工作面幫200 mm，沿巷道頂板平行布置一排，間距500 mm，切縫孔直徑Φ52 mm，深度10 m，預(yù)裂切縫鉆孔與鉛垂線夾角（傾向采空區(qū)側(cè)）為15°。切縫鉆孔布置示意圖如圖2。

圖2 切縫鉆孔布置示意圖

（4）爆破方式及裝藥結(jié)構(gòu)

設(shè)計采用四隔一裝藥，即連續(xù)4 個切縫孔裝藥，1 個切縫孔不裝藥的裝藥方式。采用D 型聚能管不耦合裝藥方式，實現(xiàn)頂板精準(zhǔn)定向預(yù)裂爆破。D 型聚能管外徑33 mm，單根長2 m；爆破切縫孔單孔裝藥量為1.2 kg，封孔長度1 m。

2.3 順槽巷道補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)

為了保證切頂過程和周期來壓期間巷道的穩(wěn)定性，需對運(yùn)輸順槽巷道頂板進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固。結(jié)合切縫鉆孔參數(shù)，設(shè)計補(bǔ)強(qiáng)錨索長11.3 m，采用恒阻大變形錨索[3-4]，直徑21.8 mm。恒阻錨索補(bǔ)強(qiáng)分為兩個區(qū)域（如圖3 所示）。第一個區(qū)域為沿空留巷起始位置的鎖口加固區(qū)（圖中①～②），每排4 根錨索，間距1.2 m，排距1 m，垂直于頂板布置。遠(yuǎn)離工作面3根錨索采用W 鋼帶連接，采用樹脂加長錨固，預(yù)緊力不小于280 kN。第二個區(qū)域為沿空留巷中間段加固區(qū)域（圖中②～③），共打設(shè)兩列恒阻錨索。第一列恒阻錨索距留巷幫600 mm，排距1000 mm；第二列恒阻錨索距第一列恒阻錨索間距2000 mm，排距2000 mm。第一列恒阻錨索采用W 鋼帶連接，平行于巷道走向，采用樹脂加長錨固，預(yù)緊力不小于280 kN。

圖3 補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)示意圖

2.4 超前及滯后臨時加強(qiáng)支護(hù)

根據(jù)前述對運(yùn)輸順槽巷道區(qū)域劃分，需對超前支護(hù)區(qū)、端頭支護(hù)區(qū)和滯后臨時支護(hù)區(qū)進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。采用自循環(huán)門式液壓支架進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，排距2000 mm，自工作面前方50 m 至工作面后方200 m范圍。在工作面回采過程中，及時分析留巷圍巖變形數(shù)據(jù)，滯后工作面200 m 時留巷圍巖變形未趨于穩(wěn)定，則延長滯后臨時支護(hù)區(qū)域。門式支架如圖4。

圖4 門式支架支護(hù)圖

2.5 巷旁擋矸支護(hù)

為了防止采空區(qū)矸石涌入巷道，需在采空側(cè)巷旁進(jìn)行擋矸防護(hù)[5-6]，采用可縮U 型鋼與門式支架相配合?？煽sU 型鋼間距為500 mm，位于頂板預(yù)裂切縫孔位置，將U 型鋼支護(hù)插入爆破孔里，并埋入底板不少于200 mm；可縮U 型鋼采用連接桿件相互連接，在其背部鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，上部與頂板網(wǎng)搭接，下部與底板接觸。門式支架單體柱位于兩個U型鋼之間，與U 型鋼配合防護(hù)采空區(qū)矸石。

3 應(yīng)用效果分析

3.1 留巷效果分析

在運(yùn)輸順槽留巷初期200 m 范圍布置10 個測點(diǎn)，間隔20 m，之后間隔80 m 布置一個測點(diǎn)，對留巷表面位移、頂板離層、錨索受力及變形、門式支架單體柱受力及縮量和擋矸橫向壓力進(jìn)行觀測。

（1）巷道表面位移及頂板離層

通過觀測分析，在工作面前方約35 m 處巷道圍巖變形開始增大，在工作面后方25 m 變形速率激增，至工作面后方約120 m，巷道表面位移增速變緩，逐步趨于平穩(wěn)，180 m 后變形穩(wěn)定。頂板離層與巷道表面位移變化趨勢基本一致，最大離層為88 mm。

（2）錨索受力和變形量

在工作面后方約20 m 時，補(bǔ)強(qiáng)錨索受力突然增大，之后逐步趨于平穩(wěn)，最大受力為350 kN。同時，錨索恒阻器出現(xiàn)變形，最大變形量為82 mm。

（3）單體柱壓力及縮量

單體柱壓力變化情況與錨索受力基本一致，最大下縮量達(dá)到95 mm。

（4）橫向擋矸壓力

工作面后方30 m，橫向擋矸壓力增大，最大值約1 MPa。

3.2 卸壓效果分析

在距運(yùn)輸順槽50 m 范圍內(nèi)液壓支架每隔3 架布置一個測點(diǎn)，共計10 個測點(diǎn)。通過觀測分析，正?；夭善陂g工作面支架壓力與未卸壓側(cè)支架壓力相比變化不大，但是周期來壓期間，支架壓力值明顯小于未卸壓時，約為未卸壓側(cè)支架壓力的80%，說明預(yù)裂爆破達(dá)到切頂卸壓的目的。

4 結(jié)語

沿空留巷無煤柱開采是實現(xiàn)煤礦綠色高效開采的重要途徑之一。結(jié)合8105 工作面地質(zhì)條件，分析了預(yù)裂切縫、補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)、臨時支護(hù)及擋矸支護(hù)的技術(shù)參數(shù)，實現(xiàn)了8105 工作面運(yùn)輸順槽沿空留巷，有效提高了礦井煤炭資源回收率，提升了礦井經(jīng)濟(jì)效益，為礦井今后推廣沿空留巷無煤柱開采提供了參考借鑒。