亿欣煤业切顶卸压沿空成巷技术研究

李丰廷

（晋煤集团晋圣亿欣煤业，山西 沁水 048200）

1 工程概况

亿欣煤业XV1307 工作面开采15 号煤层，布置在一盘区东轨道大巷南侧、XV1306 综采工作面（已采）东侧、XV2306 工作面（正在布置）西侧，平均埋深200 m，平均煤厚2.2 m。工作面煤层结构简单，全区稳定可采，平均倾角为7°，普氏系数为2～4。工作面直接顶为均厚16.4 m 的K2 石灰岩，质地坚硬，厚层状；基本顶为均厚2.7 m 的泥岩，质地较软，含较多植物碎片；直接底为均厚1.8 m的泥岩，含炭质较多，质地较软。工作面采用倾斜长壁、一次采全高、全部垮落法处理采空区，后退式综合机械化采煤法。

XV1214 巷作为XV1307 工作面的进风巷，断面尺寸为5.2 m×2.5 m，其中108～680 m 范围内采用切顶卸压自动成巷无煤柱开采技术保留巷道，留作下一工作面（XV2306 工作面）的回采巷道。在实施切顶卸压成巷工艺时，技术过程要求高，尤其是在顶板为坚硬厚石灰岩情况下，需要采取爆破切顶工艺，提高成巷率。

2 切顶卸压沿空成巷机理分析

XV1307 工作面应用切顶卸压沿空成巷技术的本质是在矿山压力作用下将巷道采空区一侧顶板沿采空区边缘强制垮落，完整地保留原巷道，继续服务下一工作面。如图1，在爆破钻孔作用下，沿切顶面会形成一定程度的破碎弱面，在上方采动压力和原岩应力作用下，采空区顶板发生弯曲下沉，下沉到一定程度，就会沿切顶弱面发生断裂。此时留巷顺槽被较完整地保留下来，工作面由原来“一面两巷”变成“一面一巷”，极大地提高了巷道使用效率，减少了煤柱资源浪费。

XV1307 工作面的XV1214 巷道实施切顶卸压沿空成巷，需要先提高预留巷道的整体支护强度，防止因为爆破或顶板切断造成巷道破碎的情况；其次，需要切顶面爆破充分，预裂切顶高度和角度要能够保证采空区顶板的断裂下沉，实现整体拉断，充分形成预留巷道巷帮的效果；最后，需要布置挡矸支护措施，保证巷道整体断面完整性，实现巷道下工作面正常服务。

图1 切顶卸压沿空成巷原理

3 XV1214 巷道切顶卸压成巷技术措施

3.1 恒阻锚索补强支护技术

XV1307 工作面的XV1214 巷在实施切顶爆破之前，需要增强巷道整体稳定性，采用长恒阻锚索将巷道上方顶板进行进一步加固。恒阻锚索选用规格Ф21.8 mm×12 300 mm 的钢绞线，恒阻值35 t，预紧力不小于28 t，恒阻器直径为73 mm，恒阻器长度为500 mm，同一断面内分别布置3 排，如图2。切顶侧为第1 排，距巷帮600 mm，距切眼面400 mm，锚索间距1000 mm，垂直巷道顶板安设；第2 排锚索相距切顶侧1600 mm，锚索间距为2000 mm，垂直于巷道顶板安设；第3 排锚索距切顶侧3300 mm，锚索间距2000 mm，与竖直方向成15°斜向实体煤侧安设。平托盘规格选用300 mm×300 mm×20 mm，同一排锚索用1 根3 m 的18#槽钢连接。打眼前要先敲帮问顶，仔细检查顶帮围岩情况，找掉活矸、危岩，确认安全后方可开始工作，锚索的位置要准确，眼位误差不得超过100 mm，眼向误差不得大于2°。

图2 恒阻锚索支护示意

3.2 切顶爆破方案设计

切顶爆破的切眼面设计距第1 排锚索400 mm处，与竖直方向成15°向采空区侧，钻孔钻机采用专用切缝钻机，采用双向聚能爆破预裂技术。考虑顶板岩性及1307 工作面采高影响，确定预裂切缝孔深度为10 m，炮眼直径为52 mm。由于单孔起爆容易封泥堵孔造成切眼面裂隙贯通程度降低，在实验评估的基础上采用4 连孔、间隔1 孔起爆，装药孔间距为500 mm，一次起爆8 个爆破孔，如图3。双向聚能管采用特制聚能PVC 管材加工而成，聚能管外径40 mm，内径36.5 mm，管长1500 mm，采用二级煤矿乳化炸药，规格为Φ32 mm×200 mm/卷。装药量为14 根药卷，每孔6 根聚能管，封泥长度为1.0 m。聚能炮孔装药要从孔底聚能管开始连续装药，引线逐次穿过聚能管，每个聚能管设置一个雷管，未装药聚能管不需要雷管。

图3 切顶爆破方案设计

3.3 巷道临时支护方案

工作面推进过程中，不同位置巷道受采动影响不同。工作面超前段会受到超前压力的影响。工作面开采后，顶板开采垮落，且从垮落到稳定需要一定的时间，因此距工作面较近的架后区域不仅需要进行顶板支护，还需进行挡矸支护。随着工作面继续推进，当巷道距工作面较远时，顶板运动基本会趋于稳定，此时可将架后临时支护的设备撤掉，只进行挡矸支护即可。根据以往现场监测数据，将工作面附近划分为三个区：超前支护区（工作面前方30 m）、超后临时支护区（架后0～200 m）、成巷稳定区（架后200 m 之后）。不同分区根据需要采取不同的支护措施。

（1）超前支护区。此区域处在工作面超前支承应力影响区范围内，顶板受压较大，加强支护方式采用单体液压支柱，间排距1200 mm×1000 mm，每排两根。

（2）临时支护区。此区域巷道位于工作面后方压力影响区，受采空区动压影响，顶板垮落岩石容易涌入巷道，此时在控制上方顶板下沉的同时还需阻止矸石进入。临时支护采用单体液压支柱+π型钢梁和单体液压支柱+29U 型钢可缩支架+钢筋网进行挡矸支护。单体液压支柱布置在巷道中部和切缝边缘，巷道中部单体间距为1000 mm，切缝边缘单体间距为500 mm，U 型钢与切缝边缘单体交替布置，两者相距250 mm，钢筋网尺寸为1000 mm×2000 mm，搭接长度不小于200 mm。

（3）成巷稳定区。此区域巷道顶板已全部切落，围岩变形也趋于稳定，可以将先前单体液压支柱、π 型钢梁和U 型钢支架进行逐渐撤回，直至仅采取常规锚杆索支护。

3.4 工程应用效果

按照XV1307 工作面巷道切顶卸压沿空成巷实施方案，在XV1214 巷进行了工业性试验，需要对巷道表面变形情况和顶板受力情况进行监测分析。在沿空留巷600 m 范围内设置6 个测站，每个测站间隔100 m，每个测站中布置一套位移监测仪和2套恒阻锚索受力监测仪。选取测站位置为400 m 位置处的监测数据进行分析，锚索监测曲线如图4。工作面超前支承应力影响范围在20 m 左右，工作面后方30 m 左右时锚索受力稳定在90 MPa 附近，表明顶板已切落卸压，继续保持稳定。对巷道围岩变形而言，工作面推过400 m 位置后，在后方50 m范围内的巷道变形速率最大，此时为卸压后巷道急剧变形期，后方80～100 m 范围的变形速率逐渐趋于稳定，150 m 之后巷道变形速率小于1 mm/d，稳定后的巷道顶底板移近量在175 mm，两帮移近量在200 mm，占巷道断面的尺寸比例小，完全能够满足下工作面服务要求。

图4 锚索受力监测曲线

4 结 论

亿欣煤业XV1307 工作面切顶卸压沿空留巷能够使工作面由“一面两巷”转变为“一面一巷”，能够有效缓解矿井采掘接续紧张的问题。在分析XV1214 巷道切顶成巷机理的基础上，设计了恒阻锚索补强支护方案，并针对切顶爆破参数进行了优化，同时针对不同受力区域确定了不同支护侧重点。工程实践表明，巷道表面变形量在可控范围内，恒阻锚索受力在留巷期间较稳定，沿空巷道能够满足工作面服务要求。