兰花宝欣煤业切顶卸压沿空留巷技术研究与应用

李晓鹏

（山西古县兰花宝欣煤业有限公司，山西 临汾 042405）

国家大力提倡可持续发展，对于煤矿企业来说，如何提高煤炭采出率成为热点话题[1]。据统计，我国井下巷道长度已超过4 万km，其中回采巷道占80%以上，目前回采巷道一般采用宽煤柱护巷技术。由于宽煤柱的留设导致煤炭采出率降低，同时现有煤柱一般留设15～30 m，在工作面采动影响下，巷道围岩也依然处于采动影响范围内，巷道变形破坏严重，复修频率高，严重威胁着矿井的安全生产[2-4]。沿空留巷技术是将上区段回采巷道留设下来用于下区段，具有缓解采掘接续紧张、提高煤炭采出率、改善通风环境、降低开拓工程成本等优点，目前已广泛应用于大中小矿井[5-6]。沿空留巷方法主要有切顶留巷和巷旁充填两种留巷方法[7-8]。其中，切顶留巷是指切顶卸压沿空留巷，该技术可切断采空区上覆坚硬顶板结构内的支承应力传递，改善巷道围岩应力环境。兰花宝欣煤业面临采掘接续紧张局面，为此，计划采用切顶卸压沿空留巷技术将2201 轨道顺槽保留下来当做下区段回采巷道。

1 工程概况

2201 工作面位于矿井工业广场东南侧，地表为山坡地段，无建筑物，东侧为实煤区，西侧依次为南翼运输巷、南翼2#总回风巷、南翼轨道巷，南侧为实煤区、2203 胶带顺槽，北侧为实煤区。地面标高+1129～ +1355 m，工作面标高+695～ +735 m，工作面走向长度111 m，倾斜长度平均746.3 m。煤层稳定，煤层厚度在0.7～0.9 m之间，平均厚度为0.8 m，整体坡度较为平缓。2201 轨道顺槽断面为矩形断面，掘进宽度4.2 m，掘进高度2.5 m，支护方式采用锚杆（索）+锚网+钢筋梯子梁联合支护。

2 切顶卸压沿空留巷技术

切顶卸压沿空留巷技术主要包括以下四个方案。

2.1 巷道补强加固支护方案

为了保证切顶过程和周期来压期间巷道的稳定性，采用恒阻大变形锚索对巷道进行补强加固。恒阻大变形锚索为长度9.3 m、直径21.8 mm的1×19-1860 型高预应力低松弛钢绞线，破断力≥550 kN，每排2 根，共打设2 列恒阻锚索。第1 列恒阻锚索距留巷帮700 mm，排距1000 mm；第2 列恒阻锚索距第1 列恒阻锚索1500 mm，排距2000 mm，垂直于顶板方向布置，托盘选用300 mm×300 mm×20 mm 的平托盘。第1 列恒阻锚索相邻锚索之间用W 钢带连接（W 钢带平行于巷道走向），W 钢带选用2600 mm×300 mm×5 mm 的钢板制作，每根锚索采用3 支Z2360 树脂锚固剂，锚索锚固力不低于45 t，恒阻值为35±2 t，预紧力不小于28 t。图1 为巷道补强加固支护断面。

图1 巷道补强加固支护断面

2.2 顶板精准定向预裂切缝方案

切缝孔距工作面帮200 mm，沿巷道顶板平行布置一排，间距500 mm，切缝孔直径Φ52 mm，深度7 m，切缝孔角度与铅垂线夹角15°（倾向采空区侧）。图2 为钻孔布置示意图。采用二级煤矿乳化炸药，两孔连续装药隔一个孔装药，D 型聚能管不耦和装药方式，D 型聚能管外径33 mm，单根聚能管长度2 m，聚能管扣盖必须朝向采空区方向，每孔使用3 根聚能管，最后用炮泥封孔，封泥长度2 m，单孔装药量2.7 kg，雷管7 发。图3 为D 型聚能管装药结构图。

2.3 临时加强支护方案

超前工作面30 m 至滞后工作面200 m 范围内，采用DW2.8 型单体柱+DFB3000-300π 型梁进行临时加强支护，一梁四柱，排距1.0 m。图4 为临时加强支护断面图。

图2 钻孔布置示意图

图3 D 型聚能管装药结构图

图4 临时加强支护断面图

2.4 巷帮挡矸防护方案

工作面后方沿空留巷巷帮挡矸防护采用“挡矸金属网（钢筋网）+伸缩式护帮档矸架”进行挡矸防护。伸缩式护帮档矸架型号RTD29-2000/02，搭接长度不小于1.0 m，间距 500 mm，每排1 组伸缩式护帮档矸架；金属网采用钢筋网+菱形网。端头过渡支架移架后，紧贴支架先搭接挡矸金属网，再架设伸缩式护帮档矸架。挡矸金属网和伸缩式护帮档矸架都位于切缝下方靠巷道采空区一侧，紧贴切缝边缘，与液压支架平行布置。伸缩式护帮档矸架下扎不小于100 mm，在架设前需要做柱窝，柱窝低于巷道底板100 mm。图5 为巷帮挡矸防护示意图。

图5 巷帮挡矸防护示意图

3 巷道围岩控制效果

切顶卸压沿空留巷技术用于2201 工作面轨道顺槽，监测了超前工作面30 m 至滞后工作面300 m 范围内的巷道围岩移近量。图6 为巷道顶底板及两帮移近曲线图，超前工作面30 m 巷道开始出现变形，超前范围内巷道围岩变形缓慢，实煤体帮移近速度约1.2 mm/d，顶底板移近速度约1.3 mm/d。当巷道滞后于工作面时，围岩变形速度明显加快，在滞后工作面0～120 m 范围内，巷道变形速度相对最快，实煤体帮移近速度约5.8 mm/d，顶底板移近速度约4.2 mm/d；滞后工作面140～200 m 范围内，巷道变形速度有所减缓，实煤体帮移近速度降低至3.8 mm/d，顶底板移近速度降低至2.4 mm/d；滞后工作面200 m 范围外，巷道围岩趋于稳定，实煤体帮最大移近量约141 mm，顶底板最大移近量约203 mm。试验巷道在留巷范围内未发生大变形现象，保留下来的巷道尺寸满足下区段工作面使用，证明了切顶卸压沿空留巷技术的合理性和优越性。

图6 巷道顶底板及两帮移近量曲线图

4 结论

沿空留巷具有缓解采掘接续紧张、提高煤炭采出率、改善通风环境、降低开拓工程成本等优点。以2201 工作面轨道顺槽为工程背景，提出了以巷道补强加固支护方案、顶板精准定向预裂切缝方案、临时加强支护方案、巷帮挡矸防护方案为主的切顶卸压沿空留巷技术。技术应用后，现场监测了巷道变形，监测结果显示巷道围岩变形主要发生在滞后工作面200 m 范围内。同时现场考察发现，试验巷道未发生大变形现象，证明了切顶卸压沿空留巷技术的合理性和优越性。