巨厚砂砾岩顶板切顶卸压无煤柱自成巷的应用

冯兆伟++曹云龙++黄文财

摘 要：切頂卸压自动成巷无煤柱开采技术能够实现安全留巷、降低成本提高煤炭回采率，已在国内许多矿区得到大范围的应用推广。针对铁煤集团东林煤矿W1-106工作面巨厚砂砾岩顶板情况设计了其切顶卸压无煤柱自成巷关键参数，通过现场试验与应用，工程效果良好，可以有效防治因留设煤柱带来的突发灾害、浪费资源、生产接替紧张、巷道难维护等技术难题，具有较大的工程实践价值及较高的经济效益和社会效益。

关键词：切顶卸压 沿空留巷 110工法 无煤柱开采

中图分类号：TD353 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）10（a）-0028-02

铁煤集团东林煤矿采用走向长壁开采方法，以往通过留设隔离煤柱的办法保护待采工作面顺槽。因采空区及巷道超前压力造成巷道变形量大，投入较大人力、物力进行巷道维修，并且严重丢煤，造成资源浪费。采用切顶卸压沿空成巷无煤柱开采技术能够较好的回收煤柱，多回收煤炭资源，并在一定程度上缓解生产接续紧张的现实问题。

1 切顶卸压技术原理及优点

何满潮院士等提出“切顶卸压沿空成巷无煤柱开采技术工艺”，即110工法。每个工作面回采只需掘进1条顺槽巷道，另1条巷道通过对上一工作面巷道切顶卸压自动成巷形成。工作面煤层回采前，在回采巷道沿即采空区侧定向爆破预裂切顶，同时采用恒阻大变形锚索支护回采巷道顶板围岩，待工作面回采后，在矿山压力作用下沿切缝将顶板切落形成巷帮，隔离采空区保证回采巷道完整性，同时减弱顶板的周期性压力。

2 工作面工程概况及工程地质条件

东林煤矿W1-106工作面位于西一采区西南部，工作面顶板与地表垂直距离138.39～206.17m。本工作面走向长1223～1395m，倾斜长90.6～173.8m，回采面积205297m。

表1为W1-106工作面综合柱状图。工作面直接顶为：工作面两顺局部均发育有泥岩、泥质砂岩、薄煤互层的直接顶，最小厚度0.20m，最大厚度大于6.0m。

工作面基本顶为：直接赋存于煤层或直接顶之上，岩性为砂砾岩，平均81.63m，工作面里段煤层顶板距第三系含水层底界面21～24m，外段最厚，80.0～136.0m。

本工作面内煤层无岩浆岩体、陷落柱。预计工作面内有6处冲刷变薄带，由于煤层变薄，且顶板凹凸不平，故对回采及煤质有一定影响。

3 巨厚砂砾岩顶板沿空留巷设计

3.1 定向预裂切缝爆破

采用双向聚能爆破预裂技术，对顶板在一定深度范围内沿巷道走向进行切缝预裂爆破，煤层顶板在矿山压力作用下沿切缝垮落，由于岩石的碎胀特性，垮落的岩石充满采空区并对顶板进行有效支撑。

预裂切缝深度设计公式如下：H缝=（H煤-ΔH1-ΔH2）/（K-1）。

式中：ΔH1为巷道顶板下沉量；ΔH2为底臌量；K为垮落岩石碎胀系数。

根据该矿顶板巨厚砂砾岩顶板的岩性及实测得到K为1.4，取工作面最大采高为3.5m时，得到所需切缝深度为9.0m。切缝孔布置在巷帮与顶板夹角处，与水平线夹角为75°（如图2所示），切缝孔间距400mm。

通过几种现场装药参数爆破效果的对比，确定装药结构5+5+4+3+1（顶板最硬区段为6+5+4+4+3），封泥2.25m时，连孔起爆，裂缝率高，裂缝均匀贯通。图1为预裂切缝爆破参数图。

3.2 恒阻锚索加强支护

为了保证巷道的稳定性，在对巷道顶板进行预裂切顶前采用恒阻大变形锚索补强加固。根据该矿顶板巨厚砂砾岩顶板的岩性，恒阻大变形锚索设计共布设两列（如图2所示）。

恒阻大变形锚索直径取为21.8mm，长度取为11300mm，恒阻器长450mm，直径68mm，恒阻值为（30±2）t，预紧力不小于25t。

3.3 巷道临时支护及挡矸支护设计

根据以往现场监测数据，将工作面附近划分为3个区：超前支护区（工作面前方30m），架后临时支护区（架后0～150m）和成巷稳定区（架后150m之后），不同分区根据需要采取不同的支护措施。

根据该公司的实际情况及顶板特性，采用单体配合“π”型梁进行架后临时支护。

成巷稳定区巷道受采动影响很小，根据矿压监测监控进行压力分析，如压力变化稳定，可认为该区域已趋于稳定状态，可将临时支护单体撤掉，只保留U型钢进行挡矸。

4 现场应用情况

依据上述关键参数，在W1-106工作面运输顺槽进行了现场试验和应用，目前已成巷500m，效果如图3所示。通过预裂定向聚能切缝爆破，顺利地切断了巷道和采空区顶板之间的联系，垮落岩石充填效果良好，顺利保留了巷道。如图4所示，通过十字测点监测巷道围岩变形，得到滞后工作面150m左右巷道稳定。

5 结语

铁煤集团东林煤矿巨厚砾岩顶板条件下切顶卸压沿空成巷无煤柱开采现场应用效果良好，达到了技术可行、经济合理、安全开采的目标。

（1）运用该项技术利用矿压和围岩运动自动形成下一工作面顺槽，减少一半巷道掘进量，缓解了工作面接续紧张的问题，同时多回收了煤炭资源，提高经济效益。

（2）通过对沿空成巷无煤柱开采在巨厚砂砾岩顶板条件下的关键参数设计及现场应用，实现该项技术理论和技术的新突破，扩大了该项技术推广应用的条件。

参考文献

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