沿空留巷无煤柱回采工艺实践

申志鑫

（霍州煤电集团吕梁山煤电有限公司方山店坪煤矿，山西 吕梁 033100）

1 概 述

霍州煤电集团吕梁山煤电有限公司方山店坪煤矿202工作面位于井田830水平，工作面东西走向布置，东部为实体煤，南部为204工作面，西部为盘区大巷，北部为200工作面。

202工作面设计走向长度为1644m，倾向长度为220m，工作面回采为9#煤层，煤层平均厚度为平均厚度3.0m，属中厚煤层，煤层结构复杂，一般含夹矸2-3层，夹矸厚0.2～0.35m。巷道煤厚为2.8～3.1m，煤层倾角为1～10°，属于缓倾斜煤层。煤层顶板为砂质泥岩、细砂；底板为砂质泥岩。

为了实现矿精细化回采，通过分析研究决定对202与204工作面采取沿空留巷无煤柱回采工艺，即202工作面与204工作面共用一条回风顺槽，具体工作面布置如图1所示。202沿空留巷断面规格为宽×高=5.0×3.1m。

2 聚能爆破切顶卸压施工

为了保证202工作面回采期间，采空区垮落后不影响204工作面后期回采正常通风及运输，决定对202沿空留巷采取聚能爆破切顶卸压施工。

2.1 聚能爆破切顶卸压施工原理

聚能爆破切顶卸压主要在沿空留巷顶板指定位置施工一排连续稳定的爆破钻孔，然后对钻孔进行定向聚能爆破，使钻孔壁岩体在指定方向产生裂隙，该裂隙对顶板集中应力产生卸压作用，同时工作面回采时采空区顶板沿该裂隙带进行垮落，有效防止了沿空留巷无煤柱回采时顶板破碎、冒落现象，保证了工作面安全高效回采。

2.2 施工工艺

1）为了保证204工作面安全回采，202工作面回采过程中需对202沿空留巷顶板处施工一排定向聚能爆破钻孔，钻孔施工在距202工作面煤壁0.2m处，钻孔间距为4.0m，直径为45mm。由于9#煤层直接顶主要为砂质泥岩，平均厚度为2.4m，基本顶主要为砂岩，平均厚度为4.1m，所以保证切顶垮落效果，定向聚能爆破钻孔深度为6.0m，钻孔向采空区方向以75°斜角布置，如图2所示。

2）钻孔施工前首先由地测科现场给定中心，并进行标定钻孔位置，采用MT-130型锚索机配套六棱中空钻孔以及直径为45mm合金钻头进行钻孔施工，钻孔施工后保证100m范围内内钻孔偏角误差小于2°。

3）爆破孔施工完后对孔内安装一根长度为3.0m聚能管，聚能管主要由PVC管制成，聚能管直径为42mm，聚能管两侧均匀焊制7个直径为15mm圆孔，聚能管安装后在其内部填装两支乳化炸药及一支毫秒延期电雷管，单孔装药量为600g。每次允许爆破炮孔数量为1个。

图2 202沿空留巷切顶卸压聚能爆破钻孔布置示意图

3 202沿空留巷联合支护工艺

为了保证202沿空留巷顶板稳定性，防止顶板破碎、垮落，保证204工作面后期稳定回采，202工作面在回采期间决定对沿空留巷段顶板采取“恒阻大变形锚索吊棚+支设密集单体柱”联合支护，并安装挡矸网。

3.1 恒阻大变形锚索吊棚施工

1）沿空留巷顶板共计施工两排恒阻大变形锚索吊棚，且成交错式布置，第一排施工在距切顶孔0.3m处，第二排施工在距切顶孔1.9m处，恒阻锚索吊棚主要由一根长度为2.1m，宽度为0.1m槽钢，两根长度为9.0m，直径为21.6mm恒阻锚索组成，槽钢上均匀焊制两个直径为30mm圆孔，孔间距为1.5m。

2）首先采用锚索钻机在202沿空留巷顶板指定位置施工两个锚索钻孔，钻孔沿巷道走向布置，孔间距为1.5m，钻孔施工完后对钻孔内依次安装锚固剂及恒阻锚索，并采用钻机进行锚固，锚固后锚索外露长度控制在0.25m范围内。

3）恒阻锚索安装后在两根锚索外露端安装一根长度为2.1m槽钢，槽钢平面与巷道顶板接触严实，并采用锁具将槽钢与顶板进行预紧，恒阻大变形锚索吊棚施工间距为1.0m。

3.2 支设密集单体液压支柱

1）为了进一步提高顶板稳定性，决定在202沿空留巷顶板支设密集单体柱，每排支设4根，相邻两个单体柱间距为1.0m，第一根单体柱支设在距0.3m处，单体柱支设排距为2.0m，如图3所示。

图3 202沿空留巷顶板支护断面、平面示意图

2）单体柱端头与顶板之间安装一根长度为0.5m“π”型顶梁，顶梁与巷道走形垂直布置，单体柱支设后应保持平直，压力不得低于额定值得80%，每班开工前应安排专职人员对支护压力、变形情况进行检查，发现失效支柱时必须及时更换。

3.3 安装挡矸装置

为了能够有效202工作面采空区垮落后煤矸进行阻挡，防止采空区内有害气体涌入巷道内，决定在202沿空留巷处安装挡矸装置。

1）挡矸装置主要由单体液压支柱、连接杆、金属网、风筒布联合组成，工字钢梁长度为3.1m，在钢梁两端各焊制一块长度为0.5m，宽度为0.3m钢板中部焊制一个直接为25mm圆孔；金属网采用10#铅丝编制的长度为4.0m,宽度为2.0m经纬网。

2）首先在距切顶孔0.2m处支设一排工字钢梁，钢梁间距为0.5m，钢梁与巷道走向平行布置，钢梁支设后分别在顶板、底板施工一个锚杆将钢梁与顶、底板进行固定，钢梁支设水平偏差不得大于3°。

3）在相邻两架钢棚质安监安装4组交错式连接杆，却保钢梁间联锁保护作用；钢梁固定后在钢梁上位于202工作面煤壁侧安装双层金属网，并采用铅丝进行捆绑固定；钢梁另一侧铺设风筒布，防止采空区有害气体涌入巷道内。

4 沿空留巷无煤柱回采方案可行性研究

截止2018年11月28日202工作面已回采结束，针对工作面回采经济效益、围岩控制、地面塌陷效果等几方面，合理分析202工作面无煤柱回采方案可行性。

4.1 经济效益分析

1）传统相邻工作面需留设宽度为30m煤柱，202工作面采用无煤柱回采方案时减少了煤柱留设，增加了原煤回采量达20万t，提高经济效益达5780余万元。

2）202工作面采用无煤柱回采时，202工作面与204工作面共用一条回风巷，减少了巷道掘进长度达1644m，缩短了工作面形成周期达150d，降低了巷道掘进劳动费用及支护成本费用达1400万元。

4.2 围岩控制分析

1）202工作面在回采期间通过对沿空留巷段围岩变形情况进行观察发现，在工作面超前20m范围内受超前集中应力影响，巷道顶板出现局部下沉、破碎现象，主要集中在距工作面0～8.0m处，最大下沉量为0.29m，在8.0～20m范围内顶板下沉量逐渐减低。

2）工作面回采后采空区顶板沿切顶线实现了全部垮落，沿空留巷受202巷采空区影响小，起到了有效卸压作用，在采空区侧安装挡矸装置后可对采空区煤矸、有害气体进行阻挡，巷道内最大瓦斯浓度为0.7%。

4.3 地表塌陷分析

工作面回采后分别对202无煤柱工作面以及200常规工作面地表受影响情况进行比较分析可得：

1）200工作面上方有 15条裂缝宽度为0.3m～0.7m之间，落差为0.5m～1.2m之间；其余裂缝普遍在宽度为0.1m～0.3m之间，落差0.1m～0.3m之间。

2）202工作面上方有7条裂缝宽度为0.3m～0.7m之间，落差为0.5m～1.2m之间；其余裂缝普遍在宽度为0.1m～0.2m之间，落差0.1m～0.3m之间。

通过沿空留巷（202工作面）留巷地表与常规采煤（200工作面）煤柱地表上方受影响情况对比，得出在地表地形相似的区域留巷上方受影响情况比煤柱上方受影响情况明显要小，裂缝发育比较缓慢、均匀，平整度相对较好，方便治理。

5 结束语

霍州煤电集团吕梁山煤电有限公司方山店坪煤矿202工作面采取沿空留巷无煤柱回采工艺后，通过分析研究，不仅提高了原煤回采量，减少了巷道掘进量，提高了工作面经济效益，而且对沿空留巷爱去切顶卸压以及联合支护措施后，保证巷道稳定性，为了204工作面安全高效回采奠定了基础，为206、208、210工作面实现无煤柱回采提供了实践依据。