李軍軍

（汾西礦業(yè)高陽煤礦，山西 孝義 032300）

隨著礦井采掘深度增加，煤層賦存條件更趨復雜，采取傳統(tǒng)的護巷煤柱方式保護回采巷道容易在煤柱內(nèi)產(chǎn)生應力集中，導致巷道變形量大，嚴重時甚至導致沖擊地壓事故發(fā)生；隨著采深增加護巷煤柱寬度也不斷增加，也會進一步降低煤炭采收率。沿空留巷技術(shù)由于無護巷煤柱且采面新掘進一條巷道即可形成聯(lián)通的通風系統(tǒng)，可顯著提升煤炭回采效率[1-3]。為此，眾多的研究學者對沿空留巷技術(shù)展開研究，并在圍巖變形規(guī)律、沿空留巷工藝以及圍巖變形控制技術(shù)方面取得顯著成果。沿空留巷采取巷旁充填方式對圍巖進行控制，充填體在集中應力作用下往往出現(xiàn)較大變形，后期維護成本高昂等問題[4-6]。為此，文中結(jié)合山西某礦3305綜采工作面地質(zhì)現(xiàn)狀，提出采用切頂卸壓留巷技術(shù)，并對應用效果進行分析，以期能在一定程度上提升礦井生產(chǎn)效率。

1 工程概況

3305綜采工作面形狀為不規(guī)則的長方形，采面斜長175 m，上部回風巷、下部運輸巷長度分別為2 869 m、2 751 m。開采的3號煤厚度4.06 m，傾角3°~6°。決定在3305回風巷采用切頂留巷技術(shù)保留下來作為鄰近的3307綜采工作面運輸巷。

3305回風巷直接頂為厚度14.3 m粉砂巖，基本頂為厚度32.3 m粗砂巖；直接底為5.1 m細砂巖。巷道斷面為梯形（凈斷面16 m2），圍巖采用錨網(wǎng)索支護方式控制。

2 切頂卸壓留巷

3305回風巷切頂卸壓留巷涉及到的關鍵技術(shù)包括有留巷前的頂板支護加固、切頂卸壓、煤層堅硬頂板弱化（實現(xiàn)頂板及時垮落，從而降低來壓強度以及留巷段圍巖控制難度）。文中就重點對上述關鍵技術(shù)參數(shù)進行闡述。

2.1 恒阻錨索補強加固

為確保留巷期間（采面回采以及頂板來壓期間）3305回風巷頂板穩(wěn)定，采用恒阻錨索對回風巷頂板進行補強。為了充分發(fā)揮恒阻錨索頂板支護能力，并避免后續(xù)的切頂卸壓爆破、頂板垮落給補強支護造成不利影響，恒阻錨索長度較切縫高度高2.0 m以上，并確保恒阻錨索錨固端位于穩(wěn)定的巖層中。在對巷道原支護方式、圍巖巖性以及其他礦井沿空留巷工藝分析基礎上，將頂板補強加固用的恒阻錨索長度設計為12.3 m。

在3305回風巷上共布置2排恒阻錨索（Φ21.8 mm×12 300 mm），第一排距回采幫500 mm（距切頂鉆孔400 mm），間距1 000 mm，錨索間用W鋼帶連接（3 000 mm×300 mm×5 mm）；第二排沿巷道中線布置，間距2000mm，具體恒阻錨索布置見下頁圖1所示。

圖1 3305回風巷恒阻錨索布置示意圖（mm）

2.2 切頂卸壓

回風巷切頂卸壓留巷段采取雙向聚能爆破技術(shù)進行切頂，從而切頂采空區(qū)頂板與留巷段頂板間的應力傳遞路徑。雙向聚能爆破后圍巖在特定方向受到爆破沖擊而產(chǎn)生連通的縫隙。

切頂鉆孔孔深與頂板下沉量、底板底鼓量以及采高等參數(shù)相關，具體可通過下述公式計算：

式中：ΔH煤煤為采面采高，取值4.0 m；ΔH1、ΔH2分別為頂、底板變形量，分別取值40 mm、20 mm；K為頂板垮落巖層碎脹系系數(shù)，取值1.4。

將上述參數(shù)帶入公式（1）即可求得H縫=10.0 m。切頂卸壓鉆孔與回采巷間距為100 mm，外插15°角，鉆孔間隔設計為500 mm。

切頂卸壓采用的雙向聚能管內(nèi)徑36.5 mm、外徑42mm，長1500mm，管內(nèi)裝炸藥（規(guī)格為Φ32mm×200 mm）。切頂爆破孔封孔深度為2.0 m，采用水炮泥封孔。切頂鉆孔在超前工作面50 m以上施工。

在現(xiàn)場應用時應進行單孔實驗從而確定合理的封孔長度以及乳化炸藥裝入量；后采取間隔爆破對鄰近鉆孔切頂卸壓爆破效果進行考察。當鉆孔間存在有連通的切頂裂縫時，則認為切頂卸壓設計參數(shù)可滿足現(xiàn)場需要。

2.3 堅硬頂板松動弱化技術(shù)方案

由于3305回風巷上覆頂板巖層堅硬，采面回采后頂板垮落困難，為了確保采面回采后頂板巖層及時垮落并降低留巷段圍巖應力，提出在原有巷道切頂卸壓鉆孔側(cè)布置深孔爆破鉆孔，對頂板堅硬巖層進行松動弱化。

在回風巷內(nèi)將2個松動爆破孔設計為1組，鉆孔孔深分別為11 m、14 m，外插較分別為30°、45°，組間的兩個鉆孔間距為2.0 m；鄰近的兩組爆破孔間距均為5.0 m。頂板弱化鉆孔采用型號ZDY1900S鉆機施工，鉆孔孔徑設計為94 mm。

弱化鉆孔內(nèi)裝入3 000 mm炸藥，為了確保爆破安全以及頂板弱化效果，弱化鉆孔封孔長度設計為6.0 m?，F(xiàn)場施工時依據(jù)頂板弱化效果對鉆孔施工參數(shù)進行調(diào)整。

3 現(xiàn)場應用效果分析

在3305回風巷應用切頂卸壓留巷技術(shù)后，顯著緩解礦井采掘接替緊張局面，同時可多回收30 m的煤柱，礦井少掘1條回采巷道。現(xiàn)場切頂卸壓留巷段長度為1 000 m，煤巷掘進按照4 000元/m成本，礦井可減少巷道掘進投入約400萬元。

切頂卸壓留巷技術(shù)為留巷巷道創(chuàng)造了良好的圍巖應力條件，圍巖變形控制難度得以明顯降低?，F(xiàn)場對圍巖變形量進行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)留巷段頂?shù)装遄畲笞冃瘟繛?20 mm，圍巖變形量不會給巷道使用帶來顯著威脅。

4 結(jié)語

1）切頂卸壓留巷技術(shù)可降低巷道掘進工程量、取消護巷煤柱（寬度30 m），可明顯提升采面煤炭回收率。在回風巷內(nèi)采用深度預裂爆破方式對3號煤層堅硬頂板進行弱化，頂板在采空區(qū)內(nèi)懸空長度明顯降低，可明顯降低留巷段以及采面動壓，提高采面煤炭開采安全性。

2）根據(jù)3305回風巷頂板巖性、巷道支護參數(shù)以及礦井現(xiàn)有設備配備情況，對切頂卸壓留巷技術(shù)中的留巷段恒阻錨索支護參數(shù)、切頂卸壓爆破鉆孔布置參數(shù)等關鍵環(huán)節(jié)進行設計。現(xiàn)場應用后，留巷段頂?shù)装遄冃瘟孔畲鬄?20 mm，取得較為明顯的圍巖控制效果。