深部开采矿井综采工作面切顶卸压留巷技术实践

马丽威

（汾西矿业柳湾煤矿， 山西 孝义 032300）

引言

随采深增加采面开采时地质构造、地应力以及瓦斯等对煤炭回采影响更趋明显，若仍采用传统的护巷煤柱方式煤柱留设宽度较大，且容易造成煤柱内应力集中[1-2]。沿空留巷技术是一种无煤柱护巷方式，可显著降低矿井巷道掘进工程量，并将传统的U型通风方式改为Y 型，避免上隅角位置瓦斯集聚[3]。因此，沿空留巷技术在深部开采矿井中具有显著的应用优势。以往沿空留巷多是通过巷旁充填实现，虽然可降低采空区漏风量，但是却存在充填体变形严重、留巷工作繁琐等问题[4-5]。近些年来兴起的切顶卸压通过切顶卸压爆破切断留巷段顶板与采空区顶板应力传递路径，从而达到降低留巷段围岩变形目的[6]。以11506 综采工作面为工程实例，对切顶卸压留巷技术应用进行研究，以期为其他矿井切顶卸压巷技术应用提供一些经验借鉴。

1 工程概况

山西某矿现主采的11 号煤层埋深超过650 m，矿井进入深部开采。11 号煤层厚度平均3.3 m，倾角介于10～16°，瓦斯含量超过8 m3/t，煤层具有突出危险性，自燃发火类型为II 类、属于自燃煤层。11506 综采工作面设计推进长度860 m、斜长180 m。11 号煤层顶板为细粒砂岩（厚度15.3 m）、底板为泥岩。

为了提高11 号煤层开采效率，提出采用切顶卸压留巷技术将11506 回风巷保留下来为邻近的11508 综采工作面生产服务。11506 回风巷沿着11号煤顶板掘进，梯形断面，采用锚网索梁支护工艺，顶板锚杆、锚索间排距分别为800 mm×800 mm、1 500 mm×1 600 mm；巷帮锚杆间排距分别为800 mm×800 mm（高帮）、750 mm×800 mm（低帮），具体巷道支护参数见图1。

图1 11506 回风巷支护参数（单位：mm）

2 切顶卸压留巷技术现场应用

2.1 切顶卸压留巷技术流程

切顶卸压是通过围岩补强支护、切顶卸压、挡矸支护等方式实现采空区顶板沿着切顶缝垮落，从而实现自留巷，具体技术流程见图2。

首先在超前工作面一定距离（一般为50 m，具体根据采面情况确定）采用高强恒阻锚索对顶板进行补强，提高留巷段顶板岩层承载能力及稳定性；其次，在超前采面帮施工切顶卸压钻孔，从而避免采空区覆岩垮落给留巷段围岩变形造成的影响；最后在采空区帮进行挡矸支护，避免采空区冒落矸石进入到巷道内。

图2 切顶卸压留巷技术流程

2.2 留巷技术参数

2.2.1 留巷段超前支护

对留巷段顶板采用高强恒阻锚索进行补强支护，锚索锚固端深入到基本顶内1 m 以上，确保锚索锚固段稳定，并给巷道顶板岩层足够的支撑力。在留巷段内距离采面帮600 mm 位置布置一排恒阻锚索（Φ21.6 mm×12 300 mm），锚索间距为800 mm，锚索均竖向布置。

2.2.2 深孔切顶卸压

由于开采的11 号煤层顶板为坚硬且厚度较大的砂岩，为了提高切顶效果提出深、浅孔相结合的切顶爆破方式，其中深孔孔深为17.8m、浅孔孔深为6.0 m、钻孔孔径均为50 mm。切顶卸压钻孔与采面帮相距200 mm 且有10°外插角，浅孔、深孔交叉布置，间距均为1 000 mm。爆破炸药为煤矿许用三级乳化炸药，深孔、浅孔装药密度分别为0.85 kg/m、0.5 kg/m。

2.2.3 巷道超前及滞后加强支护

留巷段采用恒阻锚索对顶板进行补强支护。为了降采面采动动压以及采面后方采空区顶板垮落给留巷段造成影响，采用两柱式垛式支架（型号ZQ4000/20.6/45）对采面前方40 m 值采面后方340m范围内进行补强支护，在巷道内每隔2 m 布置一两柱式垛式支架，在加强支护范围内共计布置190 台支架。支架均靠近回采帮布置，设计初撑力控制在25 MPa 以上。

2.2.4 挡矸支护

在采面后方0～300m 范围内采用U 型钢（可伸缩）、挡矸网、金属背板等进行挡矸。可伸缩U 型钢是通过2 副卡缆连接2 段长度均为2 500 mm 的36U 型钢，2 个36U 型钢搭接距离为500 mm；为了确保U 型钢可有效抵御巷帮应力，采用规格Φ20 mm×2 400 mm 螺纹钢锚杆将U 型钢固定到顶板上，U 型钢布置间距为500 mm。邻近的两排U 型钢采用槽钢、卡扣等连接，从而将使得U 型钢连接成一个整体，提高U 型钢稳定性。挡矸网材质为高强聚酯纤维网，具有高强、柔性等特点，网片宽度为2 000 mm，通过相互搭接组成挡矸网。当采空区侧巷帮与U 型钢接触不密实时，采用金属背板背帮。具体留巷段围岩支护见图3。

2.3 留巷效果分析

在11506 回风巷留巷期间，在留巷段内每隔50 m布置一测站对留巷段围岩变形进行监测。具体监测到的留巷段围岩变形监测结果见图4。

图3 留巷段围岩支护（单位：mm）

图4 留巷段围岩变形监测结果

根据留巷段变形监测结果，可将留巷段划分成动压影响剧烈区（A 区、滞后采面 0～80 m），该区内留巷段围岩受采空区覆岩弯曲、下沉影响显著，围岩急剧变形；动压影响弱化区（B 区、滞后采面 80～150 m），随着采空区覆岩区域稳定，动压对留巷段围岩印象弱化，巷道围岩变形量有所平缓；留巷一次稳定区（C区、滞后采面150～200 m），该区域内采空区覆岩基本稳定，留巷段围岩变形显著减小；回撤影响区（D 区、滞后采面200～260 m），在该区域内受临时支护设备回撤影响，围岩应力再次平衡，围岩变形再次稳定；成巷稳定区（E 区、滞后采面260 m 以外），临时支护设备完成回撤，巷道围岩变形稳定，实现留巷。

从围岩变形监测结果看出，11506 回风巷留巷段围岩在滞后采面250 m 后变形基本趋于稳定，其中采空区帮、实体煤帮最大变形量分别为295 mm、228 mm，顶板、底板最大变形量分别为208 mm、275 mm，留巷段围岩变形整体较小，可满足巷道使用需要。

3 结论

1）11508 综采工作面开采深度超过650 m，若采用传统的护巷煤柱留巷不仅需要留巷宽度超过30 m，而且需要耗费大量的人力、物力资源治理新掘巷道瓦斯，无法实现煤炭高效回采。为此，提出采用切顶卸压留巷技术提高煤层开采效率。

2）根据11508 回风巷围岩条件，对留巷巷道超前补强支护、切顶爆破卸压、滞后支护以及挡矸支护等切顶卸压留巷关键技术参数进行设计。现场应用后，留巷段滞后采面260 m 以外围岩变形稳定，其中，顶板、底板、实体煤帮及采空区帮变形量最大分别为 208 mm、275 mm、228 mm、295 mm，留巷段围岩变形整体较小，可满足巷道使用需要。