馮世超

（冀中能源股份有限公司，河北 邢臺054000）

1 概 況

葛泉礦隸屬于冀中能源股份有限公司，1983年12月開工建設(shè)，1989年10月投產(chǎn)，核定生產(chǎn)能力95萬t/a，主采煤層為2號、2下、5號煤。隨著礦井不斷開采，可采儲量逐年減少，為提高煤炭資源回收率，延長礦井服務(wù)年限，降低萬噸掘進(jìn)率，在132下04工作面運(yùn)料巷實(shí)施超前預(yù)裂采空頂板沿空留巷。132下04工作面位于2下煤三采區(qū)左翼，西南為2下煤三采區(qū)上山，西北為北翼-190 m大巷，東北為2下煤薄煤帶邊界。工作面平均煤厚1.77 m，頂?shù)装鍘r性特征見表1。

表1 巖性特征Table 1 Lithologic characteristics

2 頂板預(yù)裂卸壓方案

工作面回采過程中，采空區(qū)頂板垮落不規(guī)則，沿空巷道上方形成懸頂，導(dǎo)致老頂與上覆巖層接觸力明顯降低，進(jìn)一步造成了老頂?shù)幕剞D(zhuǎn)變形和下沉，促使沿空巷道產(chǎn)生變形?；夭汕皩ο锏拦ぷ髅?zhèn)葞晚敯宀捎酶邚?qiáng)度錨索、單體支柱進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)處理，布置一系列的預(yù)裂鉆孔進(jìn)行定向爆破卸壓，使裂縫貫通形成一個裂縫面，待工作面推過后，懸臂梁在采動壓力和自身重力的作用下，沿裂縫面發(fā)生切落，減小懸臂梁上覆荷載以及旋轉(zhuǎn)變形，減小傳遞到巷旁和巷內(nèi)的支護(hù)荷載，有利于巷道的穩(wěn)定和維護(hù)。

2.1 預(yù)裂切頂鉆孔

超前工作面35～50 m，沿工作面?zhèn)葞筒贾庙敯孱A(yù)裂切頂鉆孔，距離巷道中心線1 550 mm，鉆頭直徑φ48 mm，孔深10 000 mm，孔距600 mm，鉆孔與鉛垂線夾角20°，鉆孔布置如圖1所示。

圖1 切頂鉆孔平面布置示意Fig.1 Layout of top cutting drill holes

2.2 鉆孔爆破方式

鉆孔爆破方式采用間隔裝藥，O型聚能管裝藥爆破。鉆孔裝藥前，先將礦用型乳化炸藥裝入O型聚能管，然后將O型聚能管裝入鉆孔，裝藥完成后采用黃泥封孔，封孔長度3 400 mm。炸藥選用礦用型乳化炸藥，裝藥量為4.8 kg／孔，聚能管3根／孔，每根聚能管插2個電雷管引爆，裝藥量及裝藥位置如圖2所示。

圖2 裝藥結(jié)構(gòu)示意Fig.2 Charge structure

3 沿空留巷支護(hù)方案

3.1 巷道規(guī)格

132下04運(yùn)料巷原設(shè)計(jì)斷面為4.0 m×2.4 m（寬×中高），支護(hù)方式為錨網(wǎng)支護(hù)。留巷后作為下一工作面的運(yùn)輸巷使用，為滿足運(yùn)輸、行人、通風(fēng)等要求，巷道成巷后凈斷面為3.6 m×2.4 m（寬×中高）。

3.2 支護(hù)方案

（1）錨索支護(hù)。對132下04運(yùn)料巷頂板布置切頂錨索和加固錨索。在距上幫1 200 mm位置，施工加固錨索梁，采用φ17.8 mm×6 000 mm鋼絞線配2 m-12號槽鋼，間距2.0 m。在工作面超前50～70 m，距工作面?zhèn)葞? 000 mm處布置切頂錨索梁，采用φ17.8 mm×10 500 mm鋼絞線配2.0 m-12號槽鋼，間距0.9 m。在巷道上幫距頂1.5 m處施工幫部加固錨索梁，采用φ17.8 mm×4 500 mm鋼絞線配2.0 m-12號槽鋼，間距1.5 m。錨索布置及間排距如圖3所示。

圖3 錨索支護(hù)平面布置示意Fig.3 Layout of anchor cable support

（2）單體支護(hù)。工作面煤壁前方50 m范圍施工單體配π型鋼加強(qiáng)頂板支護(hù)，一梁三柱，排距0.5 m。單體支柱初撐力不低于90 kN，并要迎山有力。頂板與π型鋼之間采用木料褙實(shí)。

（3）巷幫支護(hù)。為防止空區(qū)矸石竄入巷內(nèi)，在工作面?zhèn)葞褪┕误w+十字頂梁+靠幫梁護(hù)幫，并吊掛5.0 mm×1.0 mm（長×寬）雙層金屬菱形網(wǎng)護(hù)幫，金屬網(wǎng)吊掛時長邊垂直巷道，一端采用錨桿固定于頂板，錨桿采用φ20 mm×1 000 mm螺紋鋼錨桿。巷幫支護(hù)如圖4所示。

圖4 巷幫支護(hù)示意Fig.4 Roadway side support

3.3 支護(hù)強(qiáng)度校驗(yàn)

在動壓影響的巷道中，沿空留巷是受影響最大的一類巷道。被動支護(hù)的工作狀態(tài)，對沿空留巷的圍巖變形影響很大，是沿空留巷成敗的關(guān)鍵。一般情況下，單體梁提供的支護(hù)阻力，應(yīng)能避免直接頂板與其上部巖層之間產(chǎn)生明顯離層，以及巖層斷裂發(fā)生錯動，保證上覆巖層運(yùn)動趨向緩和，很快使單體梁與圍巖處于相對平衡狀態(tài)，有效地控制頂板下沉。在極端的情況下，假定錨網(wǎng)支護(hù)失效，直接頂沿巷道煤幫處斷裂，巖層之間力的聯(lián)系完全喪失，直接頂?shù)娜恐亓慷甲饔迷趩误w梁上。

（1）控頂區(qū)內(nèi)的單位面積荷載。

式中：M為采高，取2.4 m；B'為直接頂從巷道煤幫到切頂線的懸壁長度，即4.0 m；B為巷道寬度，4.0 m；kp為垮落矸石的初始碎脹系數(shù)，一般為1.25～1.5，取1.25；γ為頂板巖層平均容重，取25.2 kN/m3。

帶入數(shù)據(jù)，得出P=0.242 MPa。

（2）單位面積沿空留巷單體數(shù)量。

式中：N1為上幫每排單體數(shù)量，取2；N2為下幫每排單體數(shù)量，取2；L1為上幫側(cè)單體排距，取0.5 m；L2為下幫側(cè)單體排距，取0.5 m。

代入數(shù)據(jù)，得出a=2.22根/m2。

（3）單位面積支撐力。

式中：F為單體額定工作阻力，取350 kN。

0.777 MPa＞0.242 MPa，滿足支護(hù)要求。

4 施工工藝

超前預(yù)裂采空頂板沿空留巷施工工藝見表2。

表2 施工工藝流程Table 2 Construction process flow

5 支護(hù)效果

截至2020年底，葛泉礦132下04工作面運(yùn)料巷實(shí)施超前預(yù)裂采空頂板沿空留巷200 m，通過圍巖表面位移、錨桿受力狀態(tài)、頂板離層以及圍巖深部位移等礦壓觀測手段，留巷區(qū)域頂?shù)装寮皟蓭鸵平烤刂圃?00 mm范圍以內(nèi)，礦壓顯現(xiàn)不明顯，留巷效果良好，提高了資源回收率，減少了巷道工程量，降低了萬噸掘進(jìn)率，緩解了礦井接續(xù)緊張的局面，為類似地質(zhì)條件下的礦井提供了借鑒。