王劍強(qiáng)

（晉能控股集團(tuán)晉圣億欣煤業(yè)有限公司）

煤炭開采時(shí)，若仍采用傳統(tǒng)的留設(shè)寬煤柱方式護(hù)巷，存在煤炭資源回收率低、巷道掘進(jìn)工程量大、圍巖應(yīng)力集中等問題，給煤炭資源經(jīng)濟(jì)高效回采帶來制約［1-2］。無煤柱開采技術(shù)是保持我國煤炭資源可持續(xù)發(fā)展的有效戰(zhàn)略之一，現(xiàn)場應(yīng)用時(shí)一般只需對(duì)頂板進(jìn)行卸壓降頂，利用礦山壓力和巖體的碎脹特性，即可實(shí)現(xiàn)無煤柱開采［3-5］。以億欣煤業(yè)XV2310工作面無煤柱留巷為工程背景，對(duì)現(xiàn)場采用留巷技術(shù)進(jìn)行分析，以期為其他類似情況礦井采面留巷開采提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。

1 工程概況

億欣煤業(yè)XV2310 工作面走向長度200 m，傾斜長度981.31 m，采面回采的15#煤層傾角3°～15°，煤厚平均2.55 m，煤層直接頂為厚度均值8.2 m 的K2石灰?guī)r，直接底為厚度均值2.5 m 的泥巖。15#煤層煤自燃傾向性為Ⅱ類，煤塵無爆炸危險(xiǎn)性。XV2310 工作面采高平均2.5 m，單循環(huán)進(jìn)尺0.8 m。

XV2310工作面采用一面三巷（一進(jìn)兩回）的布置形式，具體巷道布置方式見圖1。進(jìn)風(fēng)巷（XV23101）與東軌道大巷相連，解決工作面進(jìn)風(fēng)、運(yùn)料及出煤問題；工作面回風(fēng)巷（XV23091 巷、XV23111 巷）分別與南翼輔助回風(fēng)巷連通，解決工作面回風(fēng)問題。為提高采面煤炭資源采收率并降低巷道掘進(jìn)工程量，提出將XV 23101 巷留作下一工作面（XV2311 工作面）的回采巷道。XV23101 巷為矩形斷面，寬×高=5.2 m×2.6 m，采用錨網(wǎng)梁組合支護(hù)，巷道頂幫采用鋼筋托梁作為錨桿支護(hù)的組合構(gòu)件，頂部每排布置4根錨桿（規(guī)格為MSGLW-400/20×2 000）、間距×排距=1.5 m×1.8 m，巷幫每排布置3 根錨桿（規(guī)格為MSGLW-400/20×2 000），間距×排距=0.9 m×1.8 m；巷道頂板正中位置按照5.4 m 間距布置1 根7.3 m 單體錨索，錨索型號(hào)為SKP18-1/1 860。

2 無煤巖沿空留巷技術(shù)

2.1 回采巷道補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)

2.1.1 補(bǔ)強(qiáng)錨索規(guī)格

為提高補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)效率，提出采用普通錨索對(duì)XV23101 巷頂板進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，錨索索體為φ21.8 mm×1 mm×19 股高強(qiáng)度鋼絞線，采用3 支MSZ2360 型錨固劑。錨索長度可通過下述方式確定。

按照切頂留巷頂板穩(wěn)定條件考慮，錨索的長度應(yīng)滿足［6］：

式中，HF為頂裂切縫深度，m。

預(yù)裂切縫深度（HF）臨界設(shè)計(jì)公式如下［7］：

式中，hK為頂板下沉量，m；hG為底臌量，m；K為殘余碎脹系數(shù)，取1.4；HM為采高，m。

在不考慮底臌及頂板下沉的情況下，取采高2.5 m 時(shí)，則采場冒落高度6.3 m。按照切頂留巷要求，懸吊錨索錨固段要位于冒落高度之上，則錨索長度宜≥8.3 m，為保證錨固效果的情況下，錨索長度≥8.3 m，因還需滿足錨固段位于穩(wěn)定巖層的要求，設(shè)計(jì)取8.3 m。

為此，在XV23101 巷留巷段采用規(guī)格為SKP22-1/1 860×8 300的鋼絞線錨索進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。

2.1.2 補(bǔ)強(qiáng)錨索施工參數(shù)

考慮留巷起始位置即XV2310 切眼丁字口處頂板壓力較大，將留巷段頂板補(bǔ)強(qiáng)加固段分為2 段，具體如圖2所示。

（1）第一段（①～②）補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)范圍為沿空留巷起始位置XV2310 切眼丁字口處，加固長度18.2 m，采用4 列補(bǔ)強(qiáng)錨索，錨索規(guī)格為SKP22-1/1 860×8 300，其中第1 列錨索距留巷幫600 mm、排距1 000 mm；第2～4 列錨索布置間距均為1 200 mm，排距2 000 mm，錨索垂直于頂板方向布置，相鄰錨索之間用平行于巷道走向的W 鋼帶連接（W 鋼帶），W 鋼帶選用4 600/2 600×280×4 的鋼板制作，根據(jù)間距加工200 mm×100 mm 的長孔。錨索預(yù)緊力不小于290 kN。

（2）第二段補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)范圍為XV2310 切眼丁字口至留巷結(jié)束處，頂板用3 列補(bǔ)強(qiáng)錨索，錨索規(guī)格為SKP22-1/1 860×8 300，第1 列錨索距留巷幫600 mm，排距1 000 mm；第2～3 列錨索距間距為1 200 mm，排距2 000 mm，錨索垂直于頂板方向布置。第1列相鄰錨索之間用W 鋼帶連接（W 鋼帶平行于巷道走向），W 鋼帶選用4 600/2 600×280×4 的鋼板制作，根據(jù)間距加工200 mm×100 mm 的長孔。選用300 mm×300 mm×20 mm 的蝶形托盤，錨索預(yù)緊力不小于290 kN。具體支護(hù)斷面見圖3所示。

2.2 巷道臨時(shí)支護(hù)技術(shù)

根據(jù)以往現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，將XV23101 留巷段劃分為3 個(gè)區(qū)：超前支護(hù)區(qū)（采面前方20 m）、架后維護(hù)區(qū)（架后0～200 m）和成巷穩(wěn)定區(qū)（架后200 m 之后），不同分區(qū)采取不同的支護(hù)措施。

2.2.1 超前支護(hù)區(qū)

均 采 用DW28-250 / 100、DW31.5-200 / 100、DW35-200/100 型單體液壓支柱進(jìn)行超前支護(hù)管理，從工作面煤壁向外20 mπ 型鋼梁架棚支護(hù)，保證一梁三柱；人行道側(cè)距離巷幫800～1 600 mm；非行人側(cè)距離巷幫400～1 600 mm。

2.2.2 架后維護(hù)區(qū)

在架后0～200 m 范圍內(nèi)，采用單體柱+π 型梁一梁四柱支護(hù)及29U 型鋼可縮支架+風(fēng)筒布+金屬網(wǎng)擋矸支護(hù)，緊跟支架后擋矸。π 型鋼梁長度4 m，臨空側(cè)端頭距離W 鋼帶中心線100 mm，排距1 m，單體柱距π型鋼梁兩端間距均為100 mm；第2 根柱距第1 根柱間距為500 mm，第3 根柱距第2 根柱間距為500 mm，第4 根柱距第3 根柱間距為2 800 mm。在巷道切縫幫沿切縫線布置1 排U 型鋼可縮支架，間距600 mm，U 型鋼內(nèi)掛鋼筋網(wǎng)、菱形網(wǎng)和風(fēng)筒布，防止矸石竄入巷道及采空區(qū)漏風(fēng)?？坎煽諈^(qū)側(cè)由里向外依次為菱形網(wǎng)、風(fēng)筒布、鋼筋網(wǎng)、U 型鋼梁。臨空側(cè)與頂板、底板連接處采取噴漿方式，防止從巷道兩幫和頂、底部向采空區(qū)漏風(fēng)。擋矸柱單節(jié)長度取1 900 mm，兩腿搭接長度1 000 mm，并采用2 道卡纜連接。U 型鋼上腿外表面焊接φ30 mm×500 mm 圓鋼，焊接長度200 mm，圓鋼插入切頂孔內(nèi)，U 型鋼下腿焊接底座，并放入柱窩內(nèi)，柱窩深度不低于200 mm。架后維護(hù)區(qū)具體布置情況如圖4所示。

2.2.3 成巷穩(wěn)定區(qū)

工作面成巷穩(wěn)定區(qū)（工作面往后200 m 之后）圍巖趨于穩(wěn)定狀態(tài)，可將臨時(shí)支護(hù)一梁四柱變?yōu)橐涣喝?，根?jù)礦壓觀測的數(shù)據(jù)分析，再變?yōu)橐涣憾敝羻误w支柱全部回撤，只保留U型可縮支架及鋼筋網(wǎng)進(jìn)行擋矸。

2.3 切縫孔施工技術(shù)參數(shù)

2.3.1 切縫孔施工參數(shù)

XV23101 巷頂板有2 層厚堅(jiān)硬巖層，分別為8.2和3.4 m厚灰?guī)r，根據(jù)以往的施工經(jīng)驗(yàn)，切斷關(guān)鍵層巷道垮落更充分，卸壓及留巷效果更好。為此切縫鉆孔應(yīng)切至第2 層灰?guī)r層，切縫高度14.7 m，但是切縫孔較深時(shí)，造成下部堅(jiān)硬頂板未進(jìn)行充分預(yù)裂，切頂不充分；為實(shí)現(xiàn)淺部預(yù)裂，保證切頂卸壓效果，為提出深孔+淺孔切頂卸壓方式。切縫鉆孔均向采空區(qū)方向傾斜15°，深孔長15.2 m、封孔5.2 m；淺孔長5.2 m，封孔1.7 m；鉆孔直徑為50 mm、間距300 mm。鉆孔布置見圖5。

2.3.2 切縫孔裝藥參數(shù)

采用間隔裝藥結(jié)構(gòu)，BTC-1500型聚能管，外徑42 mm，內(nèi)徑36.5 mm，管長1 500 mm。炸藥為φ35 mm×300 mm，煤礦許用三級(jí)乳化炸藥，質(zhì)量300 g/卷。

深孔（15.2 m）每孔裝藥量按4.2 kg 裝藥（14 卷），每孔封孔5.2 m，裝藥長度10 m，單孔使用6 根1.5 m聚能管和1 根1 m 聚能管，采用3+2+2+1+2+2+2 的裝藥方式。淺孔（5.2 m）每孔暫按1.5 kg 裝藥，5 卷，每孔封孔1.7 m，裝藥長度3.5 m，使用2 根1.5 m 聚能管和1根0.5 m聚能管，按照2+2+1的裝藥方式。

工作面每天推進(jìn)度按照7.2 m 計(jì)算，則每天需要爆破12個(gè)深、淺孔組合。

3 留巷效果分析

在23101 巷按照30 m 間隔布置13 個(gè)礦壓監(jiān)測點(diǎn)對(duì)留巷段圍巖變形、頂板離層等情況進(jìn)行跟蹤監(jiān)測。

（1）頂板變形量為65～285 mm，兩幫收縮量小于220 mm，巷道整體變形量較小。

（2）頂板離層最小為0 mm，最大為213 mm，整體離層值較小。

（3）單體柱活柱縮量最小為0 mm，最大為305 mm，單體柱縮量較小，說明頂板壓力較小。

從礦壓監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，在現(xiàn)有的留巷設(shè)計(jì)參數(shù)下，整體留巷效果較好，滿足巷道復(fù)用要求。

4 結(jié) 論

為提高億欣礦煤炭資源采收率、降低巷道掘進(jìn)工程量，結(jié)合XV2310 工作面現(xiàn)場情況，將切頂應(yīng)用到XV23101巷留巷中。

（1）在XV23101 巷留巷起始位置切眼丁字口處頂板壓力較大，將加固段分為2 段，分別使用4 列、3列錨索（規(guī)格為SKP22-1/1 860×8 300）補(bǔ)強(qiáng)，錨索錨固端位于采面冒落高度以上穩(wěn)定巖層中。

（2）通過以往的施工經(jīng)驗(yàn)確定采用深孔+淺孔切頂卸壓方式，深孔長15.2 m、封孔5.2 m；淺孔長5.2 m、封孔1.7 m，鉆孔向回采幫傾斜10°，深孔用3+2+2+1+2+2+2 的裝藥方式，淺孔用2+2+1 的裝藥方式，切頂后頂板冒落矸石可充填采空區(qū)。

（3）根據(jù)礦壓顯現(xiàn)情況，將留巷段分為超前支護(hù)區(qū)、架后維護(hù)區(qū)和成巷穩(wěn)定區(qū)，并分別采用一梁三柱、一梁四柱及擋矸（29U 型鋼可縮支架+風(fēng)筒布+金屬網(wǎng)、U型可縮支架+鋼筋網(wǎng)）支護(hù)。

（4）工程應(yīng)用后，XV23101 巷留巷圍巖變形控制效果較為顯著，頂板下沉量在65～285 mm，兩幫收縮量小于220 mm，巷道整體變形量較小。XV23101 巷在現(xiàn)有的留巷設(shè)計(jì)參數(shù)下，整體留巷效果較好，滿足巷道復(fù)用要求。