泰业煤矿8102运输顺槽沿空留巷技术实践

胡奇峰

(山西楼俊集团 泰业煤业有限公司， 山西 吕梁 033200)

沿空留巷是指采用一定的技术手段将上一工作面巷道保留并在下一工作面回采时复用的技术，其凭借高煤炭回收率、低巷道掘进率等优势在我国各大矿区的应用日益广泛[1,2]. 沿空留巷巷道稳定与否是沿空留巷技术是否成功应用的关键。目前，沿空留巷主要采用砌筑矸石墙、高水材料充填、支设密集支柱(木垛)和定向预裂爆破切顶留巷等工艺，但砌筑矸石墙劳动效率低，高水材料充填留巷成本较高，定向预裂爆破切顶专业性强、技术难度大、安全系数低[3-5]. 基于此，结合泰业煤矿实际生产地质情况，提出“水力预裂切顶+分段支护”的沿空留巷工艺，并在8102运输顺槽进行实践。

1 工程概况

泰业煤矿目前主采9#煤，煤层厚度0.1～4.5 m，平均厚度2.0 m；煤层倾角4°～8°，平均倾角6°. 8102工作面北邻8302工作面采空区，南为紧邻矿界保安煤柱，东为村庄保护煤柱，西为F7断层，工作面走向长1 431 m，倾斜长197～242 m，工作面底板标高-334.4～-403.9 m. 工作面煤层顶底板情况见表1.

表1 煤层顶底板基本情况表

2 巷道原支护设计及参数

8102运输顺槽为矩形断面，断面尺寸为：宽4 200 mm×高3 800 mm，采用锚网梯支护(图1). 顶板采用d18 mm×2 400 mm螺纹钢锚杆，间排距为800 mm×900 mm，其中两肩窝锚杆与水平成75°夹角。两帮采用d18 mm×1 800 mm螺纹钢锚杆，并加木托板以加强支护，间排距为1 000 mm×900 mm，顶板下第一排锚杆仰角15°，最下边一排锚杆俯角15°. 顶板挂8#菱形铁丝网，挂到帮部最上面一根锚杆托盘下沿。顶板锚杆挂全长4 000 mm锚梯1根，帮部挂高分子网。每根锚杆均用2支树脂锚固剂锚固，锚固长度不少于1 000 mm，锚杆抗拔力不小于58.8 kN.

图1 8102运输顺槽原支护断面图

3 沿空留巷方案

3.1 水压预裂切顶

定向水力预裂切顶是指在沿空留巷巷道采空区侧顶板岩层中预先切割出一个定向裂缝，在较短时间内注入高压水，使岩(煤)体沿定向裂缝扩展，对其顶板坚硬岩层进行超前定向预裂，随回采工作面的推进，其顶板在上覆岩层重力作用下沿切顶缝切落形成沿空巷道巷帮，从而达到隔离采空区和确保沿空巷道完整的目的[1-4]. 此外，水压预裂切顶有效缩短了顶板悬臂长度，使长悬臂梁改为短悬臂梁，降低巷道围岩应力[5,6].

8102运输顺槽水压预裂切顶卸压钻孔采用普通地质钻机施工，钻孔距采空区侧巷帮0.3～0.5 m，径为50 mm，钻孔与垂线夹角为12°，钻孔间距为10 m. 由于工作面上部为8#煤采空区，故孔深取基本孔顶厚度的一半(10～15 m)，一般为15 m. 每个钻孔均布设预裂槽。8102运输顺槽顶板水力预裂钻孔布置见图2.

图2 水力定向预裂切顶示意图

注水致裂装置系统见图3，从泵站引出一条高压管，在高压管上安装控制阀、流量计和压力表，然后引出一条高压胶管，将控制阀、卸压阀、转接头和高压封孔器等装置与预裂孔连接以形成完整注水致裂系统。此外，依据8102运输顺槽实际工程地质条件和以前的水力致裂经验，将注水压力设置为25 MPa，由于每个水力致裂钻孔具体情况不同，单孔水力致裂的时间为10～60 min. 为了获得良好的水力致裂效果并不影响工作面推进速度，超前煤壁60～100 m对沿空巷道顶板进行水力致裂卸压。

3.2 巷道支护方案

在8102运输顺槽采用水力预裂切顶沿空留巷时，为了维护巷道稳定，分别采用超前支护、端头支护和留巷段支护3种支护方式对沿空留巷围岩变形进行控制，具体如下：

图3 高压水力致裂装置系统示意图

1) 超前支护。对超前工作面煤壁30 m范围的巷道采用“单体柱+工字钢梁+锚索梁”的支护方式进行加强支护。单体柱采用DZ-2.8 m型液压单体柱，3排布置；工字钢梁由矿用11#工字钢，长3.8 m；锚索梁由16B槽钢加工制成，长3.8 m，每根锚索梁上布置3个锚索孔，孔间距为1.7 m；锚索采用1×7股d21.6 mm×8 000 mm的预应力钢绞线；锚梁超前工作面煤壁60 m布置。锚索使用3支MSCK2350树脂锚固剂锚固，锚固力设计值为200 kN.

2) 端头支护。在工作面端头前3架支架前铺设金属菱形网和塑料网，双网均沿倾向布置。当巷道顶板金属菱形网腐蚀和损坏时，再补铺1层金属菱形网。若超前支护范围外的巷道变形较大时，可采取打点柱或套棚的方式进行支护；巷道顶板变形量较大致使顶网完整性被破坏时，可加铺单层网来加强护顶。端头支护与排头支架的间距不大于0.5 m.

3) 留巷段支护。留巷段采用单体与U型钢梁支护。工作面割煤结束端头支架推移前，在端头支架尾梁侧的U型钢梁两端架设单体支柱，同时在支架侧护板和单体支柱之间吊挂钢筋网(d6.5 mm钢筋焊制，规格为2 000 mm×1 000 mm，网格为100 mm×100 mm)，所吊挂的钢筋网上部和顶板金属菱形网相联，下部铺到底板。在完成上述支护后，再拉移端头支架。当巷道围岩破碎时，用方木接顶、背实，并采用十棚连锁器和顶板锚杆进行顶板和两帮锁棚，帮部连锁材料使用80 mm宽钢带或专用连锁材料，顶板锁棚锚杆使用d18 mm×1 800 mm的树脂螺纹钢锚杆配合15 mm厚钢板。

4 工业性试验

4.1 支护效果分析

在8102运输顺槽水力预裂切顶沿空留巷期间，在巷内布置测点对其围岩变形情况进行观测，结果见图4. 由图4可知，巷道表面两帮和顶底板位移量均随距工作面距离的增大先后经历快速增长、缓慢增长和趋于稳定3个阶段。巷道两帮和顶底板移近量最大值分别为56.20 mm和104.45 mm，围岩变形控制效果显著，完全满足下一工作面复用要求。

图4 巷道围岩变形情况监测结果图

4.2 经济效果分析

8102运输顺槽采用沿空留巷技术后，使3下207工作面长度增加4 m，回采煤量增加7 400 t，按260元/t计算，可增加经济效益192.4万元。沿空留巷延米材料及人工费用为5 312元/m，新掘巷道延米材料及人工费用为5 400元/m，延米材料及人工费用减少88元，沿空留巷720 m共减少材料及人工费用6.34万元。3下209材料巷沿空留巷方案实施后增加经济收益为192.4+6.34=198.74万元。

5 结 语

为提高煤炭资源回收率、缓解采掘接替紧张，在泰业煤业8102运输顺槽采用水力预裂切顶沿空留巷技术，提出了工作面超前段、端头支护和留巷段支护方案。现场应用结果表明，采动影响下8102运输顺槽水力预裂切顶沿空留巷期间，巷道两帮和顶底板移近量分别稳定在56.20 mm和104.45 mm，围岩变形完全满足下一工作面复用要求，且在沿空留巷方案实施后取得了显著的经济效益。