2414 工作面切顶卸压无煤柱留巷技术研究

于静波

（新汶矿业集团有限责任公司孙村煤矿，山东 新泰 271219）

随着开采强度的增加，传统长壁一面两巷留煤柱开采方式所造成的煤炭回收率低、采掘比高、资源浪费的问题日益突出。同时，工作面沿空巷道受动压影响而引起的巷道围岩大变形、顶板塌方、冲击地压以及煤与瓦斯突出等工程灾害也日趋严重，占到所有灾害70%左右。解决上述问题的关键在于切断顶板应力传递，消除诱发工程灾害的应力来源。为此，工作面切顶卸压沿空成巷无煤柱开采方法[1-6]应运而生。

工作面切顶卸压沿空成巷无煤柱开采方法在工作面煤层回采前，在回采巷道边缘将要形成的采空区侧顶板切一条缝形成一个面，待工作面煤层回采后，在矿山压力作用下，顶板沿切缝自动切落形成巷道的一个墙壁，既隔离采空区又保持该巷道的完整性，从而将自动形成的巷道作为下一个工作面的运输巷使用。孙村煤矿为了减少巷道掘进量，从根本上扭转采掘衔接紧张的局面，而降低矿井掘进率，决定在2414 工作面的轨道巷采取沿空留巷技术，使该留巷能为2413 综采工作面服务。

1 工程概况

孙村煤矿2414 回采工作面走向长度1435 m，倾向长度118 m，开采4 煤层，煤层厚度2.2～3.5 m，煤层倾角1°～3°。2414 工作面轨道巷为锚杆、锚索联合支护矩形巷道，净宽4.5 m，净高2.8 m。基于智能化矿井建设的要求，该工作面的开采按“智能平台集控化、云端网络数据化、采煤装备智能化、掘进装备快速化、辅助设施自动化”的标准进行建设。

在2414 工作面轨道巷顶底板位置进行打钻取芯，对试样进行物理力学参数测试，结果见表1。

2414 工作面4#煤顶底板情况：伪顶炭质泥岩，厚0.3 m；直接顶中粒砂岩，厚2.8 m，灰黑色，质地细腻，见多层菱铁矿结核和少量椭球状菱铁矿结核，断口平坦状；基本顶粉砂岩，厚度约2.5 m，浅灰～灰色；直接底砂质泥岩，厚 3.7 m， 灰黑色，含大量星散状黄铁矿和植物化石。从表1 测试数据可知，4#煤层的强度偏低，但是该煤层直接顶、直接底以及基本顶的强度整体较高。

表1 2414 工作面轨道巷顶底板围岩赋存情况及力学参数

该工作面地质条件局部复杂，断层发育，工作面回采过程中共揭露19 条小断层。其中有8 条断层对轨道巷围岩稳定性影响较大，分别为正断层F1、正断层F3、正断层F5、正断层F7、正断层F9、正断层F10、正断层F11、正断层F13。

2 沿空留巷方案设计

2.1 巷内支护设计

在2414 工作面轨道巷顶板布设3 列恒阻大变形锚索进行补强加固，从而控制顶板下沉，来实现巷道的非对称性补强支护目的。

第一列恒阻锚索布置：切缝侧排距1000 mm，距巷帮50 mm，垂直于顶板方向布置，施工时加设W 钢带；

第二列恒阻锚索布置：巷中排距1500 mm，与水平竖直方向布置；

第三列恒阻锚索布置：实体煤侧排距3000 mm，距实体煤帮500 mm，与铅垂线夹角10°方向布置。

恒阻大变形锚索直径为Ф21.8 mm，根据现场实况，锚索长度12 300 mm；恒阻器Ф65±3 mm，恒阻值为33 t±2 t，恒阻器长500 mm，恒阻锚索排距为2000 mm，每排 1 根；锚索与巷道顶板垂直，预紧力不小于28 t。在2414 工作面轨道巷回采期间，根据巷道围岩结构形态采用单体液压支柱+花边梁进行临时支护[6]。2414 工作面轨道巷内支护断面如图1。

图1 2414 工作面巷道内支护断面示意图

2.2 巷旁支护设计

在开采过程中，为防止2414 工作面轨道巷采空区垮落矸石滚落下滑对挡矸结构造成较大的破坏，在架后6 m 区域内设置自移式挡矸板进行有效防冲击支护，其后采用可缩性25U 型钢+单体液压支柱进行支护。采用一梁四柱，靠近切缝侧单体液压支柱间距为800 mm，另一侧单体液压支柱间距为1600 mm，梁排距为1000 mm。两可缩性25U 型钢之间增加连杆，同时距挡矸侧25U 型钢100 mm巷内布设单体液压支柱一列，排距500 mm，距原切缝侧单体液压支柱100 mm 巷内布设单体液压支柱一列，排距1000 mm。

2.3 顶板预裂爆破施工工艺方案

针对2414 工作面沿煤层顶板坚硬不易垮落的情况，对该工作面轨道巷沿空留巷在顶板预裂爆破施工。采用超前爆破预裂方法调整基本顶岩层破断形态。

超前工作面每隔25 m 施工一个钻场，在每个钻场内施工2 组爆破钻孔，每组含3 个钻孔并呈扇形布置，与工作面走向成2°～10°施工，炮孔孔底距离工作面10～20 m 时装药爆破。

钻孔施工选用SGZ ⅢA-150 型钻机，钻头直径75 mm。采用煤矿三级安全水胶炸药，药卷规格为直径60 mm，长1000 mm，封孔长度均为10 m。

3 留巷效果

采用切顶卸压沿空留巷无煤柱开采技术对2414工作面进行了回采，当前已回采并成功成巷800 m。对轨道巷进行保留后，采用切顶卸压自动成巷PU监测系统进行在线监测。监测数据表明：沿空留巷段巷道顶板整体变形较小，留巷稳定后，切缝侧巷道顶板最大下沉量为483 mm，实煤体侧顶板下沉量112.3 mm，底鼓最大值为48 mm。工作面巷道围岩稳定性较高，留巷效果较好，可以满足下一个2413 工作面的回采生产需求。