沿空留巷关键技术研究

2016-05-30韦景耀孙松林

企业科技与发展 2016年4期

韦景耀孙松林

（百色百矿集团有限公司，广西百色 533000）

【摘要】文章主要介绍东怀煤矿25D04轨道巷使用沿空留巷技术的核心部分，如何控制好炮眼倾角、炮眼深度、装药量、炮眼间距、炮眼底部位置及采面推井度放炮切顶实现顶板充分垮落，达到提前卸压的目的。在巷道用单体柱做好20 m范围内支护，切顶前必须用锚索对巷道进行主动支护；切顶后用“U”形刚腿配“π”形钢梁挂网支护；在周期来压前，沿空留巷采用双排单体柱+“U”形刚腿配“π”形钢梁支护加强巷道支护，以确保沿空留巷留得住巷道。

【关键词】沿空留巷；放炮切顶；巷道支护

【中图分类号】TD353 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2016）04-0048-03

沿空留巷是合理开发煤炭资源，提高煤炭回收率，减小采掘比，提高生产效率，有利于矿井安全生产和提升矿井技术经济效益的一项先进的地下开采技术。

东怀煤矿从2014年年初开始研究实施沿空留巷计划，2014年4月首次在13I01工作面进行沿空留巷试验，历时2个月，试验长度达85 m，采用砌墙的方式作为巷帮支护形式。试验结果表明留巷效果较好。但砌墙施工工程量大，需要施工人员较多，投入大，砌墙进度慢，而且墙体在出现开裂后修补效果不理想，因此经研究决定，停止试验。

2015年6月，东怀煤矿开始在13I10工作面进行预裂爆破切顶沿空留巷试验，顺槽提前加强支护，沿空留巷采用双排单体液压支柱加铰接梁支护方式。试验效果：①预裂爆破效果较好，顶板垮落达到预期效果；②沿空留巷内双排单体液压支柱加铰接梁支护方式达到支护要求，巷道顶板保护完好，但出现底鼓现象；③沿空留巷容易施工，人员劳动强度小；④投入较小。试验效果达到预期的目标，认定预裂爆破切顶沿空留巷可实施。

2015年11月，东怀煤矿正式在25D04工作面进行预裂爆破切顶沿空留巷。

1 工程概况

25D04工作面为东怀煤矿五采区D煤第四个采煤工作面，工作面位于二水平南侧，东为工作面25D05采空区，西为25D03未采工作面，南至F4断层，北至五采区三条下山；煤层厚度为1.2～1.8 m，平均厚度为1.5 m，煤层稳定，煤层结构复杂，煤层走向为NE20°～NW70°，倾向NE，倾角为6°～13°，平均为9°。

25D04工作面倾斜长度为150 m，走向长度达到1 180 m；工作面采用三巷布置，分别为皮带顺槽、轨道顺槽、专用回风巷，由回风联络巷（后期为25D03工作面切眼）连接轨道顺槽与专用回风巷，形成“两进一回”的工作面通風系统。

25D04工作面沿空留巷工程在25D04轨道顺槽实施，全长1 180 m，属沿D煤层的半煤岩巷道，巷道宽4 m，中部高2.5 m，顶板较好，锚网支护，主要用于25D04工作面轨道运输及进风用。

2 放炮切顶

放炮切顶的主要作用是把煤层上方直接顶在以轨道巷下帮为界切断，破坏直接顶的整体性，使采空区上部直接顶在受到压力时立即垮落填充采空区，在采空区直接顶在垮落时不影响轨道巷顶板，减小采空区顶板垮落对轨道巷顶板的压力冲击。为不影响工作面割煤，放炮切顶超前工作面煤壁保持4 m以上。

2.1 炮眼倾角

影響切顶效果的一个重要因素就是炮眼倾角。若把炮眼布置为垂直向上，爆破冲击可能会把轨道巷顶板崩坏；倾角过于水平，炮眼深度势必变深，会增加工程量，且达不到以下帮为界切断直接顶的目的。综合考虑上述因素，决定采用与垂直方向呈24°的倾角，且要求每个炮眼在同一倾角，保证切顶连贯平直。为确保每个炮眼倾角均为24°，特别为施工队设计一个用角钢和铁板焊接固定倾角为24°的底座支架，打眼时把锚杆机放置于底座支架上，确保炮眼倾角为24°。

2.2 炮眼深度和装药量

影响切顶效果的另一个重要因素就是炮眼深度。为把D煤直接顶一次切断，考虑直接顶的岩性及厚度，直接顶厚度为4 m，在3.5 m位置处岩层比较坚硬，直接顶上方是一层约50 cm厚的构造泥。为保证切顶效果，应把炸药布置在最坚硬的岩层中，在以24°倾角的炮眼中把炮眼定为4 m深，则炸药恰巧布置在3.5 m处的位置，每个炮眼的装药量为2筒，间距为0.5 m。经过前期接近20 m沿空留巷观测，顶板垮落效果不佳，顶板垮落时不够破碎，在液压支架推移后的采空区顶板悬空不垮落，未达到预期效果。根据施工队现场反映，在钻眼过程中钻杆在2 m位置处打眼速度明显下降，应该是遇到比较坚硬的岩层，具体分析可能是直接顶太厚，2 m位置岩层过于坚硬，直接顶中部岩层未能切断，遂决定采用4 m与2.5 m炮眼交替布置。由于2.5 m炮眼放置炸药位置离巷道顶板较近，为防止2.5 m炮眼爆破产生的巨大能量破坏轨道巷顶板，遂决定2.5 m炮眼装药量为1.5筒。事实证明，4 m和2.5 m炮眼交替布置的放顶效果优于单4 m炮眼，液压支架后3 m位置处顶板都很好垮落填充采空区。此外，采面推井度对顶板垮落程度有一定的影响。

3 巷道支护

3.1 主动支护

轨道巷与5D04切眼的交叉处属应力集中段，为确保交叉段巷道有足够的支护力，轨道巷端头采用2个液压支架+单体液压支柱+木垛联合支护的形式，液压支架位于“丁”字巷道的中心，并在其余2条巷道用单体柱做好20 m范围内的支护。放炮切顶后，直接顶的整体性被破坏，轨道巷顶板的稳定性亦随之下降，因此在放炮切顶前必须用锚索对巷道进行主动支护，防止放炮切顶后轨道巷顶板垮落，并且主动支护的锚索对之后的沿空留巷部分巷道也提供持续有力的支护。具体参数为距下帮0.5 m，每隔2.5 m打一根8 m长的锚索。为保证锚索能深入岩层有足够的锚固力，锚索采用斜向上边帮15°布置。通过现场观测发现，在放炮切顶后，锚索能有效地对巷道顶板进行支护，切顶后巷道顶板未出现破裂下沉的现象。

3.2 加强支护

3.2.1 “U”形刚腿配“π”形钢梁挂网支护

加强支护是沿空留巷最关键部分，为沿空留巷段巷道提供主要的支护力，后期沿空留巷只留“U”形刚腿配“π”形钢梁支护巷道。具体操作为沿25D04轨道巷尾起沿下边打一排“U”形钢腿配4 m长纵向“π”形钢梁沿边支护，柱距0.6 m，迎山角约5°，“U”形钢腿由包箍箍紧2条“U”形钢梁而成，可调节长度；架设“π”形钢梁时，用“π”形钢梁顶双层菱形锚网贴顶板，菱形锚网沿“U”形刚腿下垂至底板并向采空区弯折，在采空区顶板垮落时，锚网可防止采空区石头窜入轨道巷。

3.2.2 单体液压支柱支护

仅用“U”形刚腿配“π”形钢梁支护巷道还并不足以承受顶板初次来压和周期来压老顶对巷道顶板的压力。从以往D煤回采经验来看，顶板来压步距在40 m左右，遂确定在巷道中部布置单排单体支柱配铰接梁柱距0.6 m共80条，迎山角约5°。此80条柱随采煤向前移动，保证在周期来压范围内有足够支护力。但沿空留巷技术在东怀煤矿还为试验性技术，为保证在顶板初次来压轨道巷顶板有足够的支护力，在初次来压前，沿空留巷一直保证双排单体柱+“U”形刚腿配“π”形钢梁支护，初次来压且顶板稳定后方可拆除靠近上帮一排单体柱。

4 沿空留巷矿压观测及分析

东怀煤矿成立25D04工作面沿空留巷工作领导小组，由矿总工担任组长，生产副矿长及安全副矿长任副组长，各科室科长及施工队长任组员，对沿空留巷工作进行指导及组织施工。每天安排巡查人员对“U”形钢支护、锚网支护、单体柱支护、锚索支护及采空区垮落情况进行巡查。沿空留巷段内设置巷道变形观测站，前2次周期来压5 m设置1站，每2天观测记录1次。后期部分每20 m设置1站，每10天观测记录1次。对巷道的高度和宽度变化进行测量、记录并分析，描绘巷道变化曲线图。经过对巷道的观测，分析曲线变化图，巷道顶底板移进量呈现上升的趋势，在接近工作面上出口点出移进量最小，初次来压后沿空留巷段巷道顶底板移近量趋于同一水平（均在22 cm左右），随后同步缓慢上升，且在初次来压时最靠近回采工作面的观测点顶底板移近量急剧下降成波谷状。再往前推采移近量也与之前的观测点在同一水平，在接近工作面处观测点略有减小。巷道宽度变化呈现斜坡的趋势，沿空留巷开始处巷道被压缩最多，接近35 cm逐渐保持稳定，越往外变形量越小。目前，沿空留巷段已有80 m，沿空留巷段巷道也順利地承受住了顶板的初次来压。巷道顶板未出现掉包和破裂的现象。

5 总结

（1）预裂爆破的爆破效果较好，在工作推采后顶板垮落及时，切顶线较为完整，能有效地切断采空区顶板垮落对沿空留巷顶板的冲击，沿空留巷内的顶板完整。

（2）巷帮支护简单，能有效地支护巷旁，从而形成二次巷帮，施工强度较小，工程量小，施工人员较少，投入较小。

（3）实施沿空留巷后，减少矿井的工作面巷道1/3的掘进量，比如现在的5D04工作面采完后，留有了2條巷道，只需再掘1条巷道即可接替5D04工作面，解决了采掘接替紧张的局面。

（4）实施沿空留巷后，可以有效地保护煤柱，提高了矿井的采区煤炭回收率。之前，每个工作面间距要留30～40 m保护煤柱，现可全部回收，回收率提高17%左右，同时延长了矿井的服务年限。

（5）实施沿空留巷后，可以少打1条巷道，沿空留巷与新掘1条巷道相比，沿空留巷可以节省50%的费用，从而降低矿井的生产成本。

预裂爆破效果是预裂爆破沿空留巷技术能否正常实施的关键，因此在实践中应根据实际顶板的情况选择爆破眼的深度、角度、间距及装药量，使爆破效果达到预期的目标。

6 推广应用中的主要技术参数

（1）顺槽加强支护必须到位、有效，防止预裂爆破后，巷道顶板出现吊包、直接垮落，或在沿空留巷内顶板垮落范围大等情况，这样会达不到预裂切顶的效果。

（2）沿空留巷的巷旁支护必须及时、到位，及时对切顶线进行保护，防止顶板垮落范围过大和垮落的顶板充入沿空留巷内。

（3）加强矿压观测，出现异常时及时加强支护作业。

（4）沿空留巷内，必须保留有压风、供水、供液压水等管路，铺设灌浆管路，保留运输轨道，以方便在出现异常时能够及时处理。