唐安煤矿综放工作面柔模沿空留巷优化设计

常 韡

(山西兰花科技创业股份有限公司 唐安煤矿分公司，山西 晋城 048400)

1 矿井概况

唐安煤矿位于华北板块山西板内造山带，沁水板拗，太行块隆西侧，紧邻东南侧的晋获褶断带。因受区域地质构造影响，井田内的地质构造相对复杂，总体上呈背、向斜相间的褶曲构造，其中8个次一级背、向斜构造，26条断层和93个陷落柱。3号煤层底板属较软-坚硬底板。

2 3311工作面复用巷道优化设计

3311工作面留巷复用的围岩控制要做好一个核心和四个关键。

一个核心是以留巷顶板控制为核心，采取各项强支强卸措施，保证顶板完整性，发挥围岩自承能力，控制围岩变形，为生产提供安全通道。 四个关键如下。

1) 提高复用巷道围岩完整性。在现有超前支护管理基础上，加强单体支柱初撑力管理，初撑力不低于18 MPa。

2) 提高复用巷道侧60 m 范围内煤帮完整性。加强综采支架初撑力管理，液压支架初撑力不低于24 MPa。

3) 防止柔模砼墙倾斜。单体柱应打设为倾向棚，并具有3～5°迎山角，单体靠近墙体一侧打设，条件差时底板上打设倾向底梁，强力限制墙角内移。

4) 防止架后悬顶。留巷复用时要做到：及时退锚、剪网和断梁，当上述措施不能达到预期效果时，在煤帮肩角打设10 m深炮孔，炮孔倾角75°，炮孔间距900 mm，装药长度4 m，封孔长度6 m，线装药密度1 000 g/m，一次连续起爆8个炮孔，切断关键层，防止出现采空区悬顶事故。

3 沿空留巷聚能爆破切顶卸压优化

3.1 爆破器材

1) 炸药。炸药品种：三级煤矿许用乳化炸药。炸药规格D32 mm×200 mm，每卷 200 g。炸药密度950～1 050 kg/m3，实际为1 000 kg/m3。炸药爆速≥3 000 m/s，实际为4 000 m/s。

2) 雷管。品种为煤矿许用毫秒延期雷管。段别为第 1 段、第 2 段、第 3 段和第 4 段。

3) 导爆索。导爆索采用煤矿许用导爆索，导爆索是以太安、黑索金炸药为药芯、用棉线和塑料编织丝等作包缠物，并以塑料为防潮层组成，规格为D6.5 mm，爆速≥6 000 m/s。

4) 聚能管。聚能管是一种用于实现聚能药包的阻燃抗静电塑料套管，截面呈椭圆型，如图1所示。聚能管短径 35 mm，长径 42 mm，单节长度2 m，线装药密度1 000 g/m，配套专用连接件和定位块，见图1。

图1 椭圆型聚能管

3.2 孔网参数

1) 布孔方式。以 3303 轨道巷(L巷)中线为基准，在靠近回采侧距巷道中线 2 500 mm 处布置一排炮孔。轨道巷留巷宽度4 000 mm，在采取聚能药包定向断裂爆破的基础上，设计钻孔直径 50 mm，炮孔与水平面夹角(炮孔倾角)β=75°。

2) 炮孔长度确定。根据 3303 工作面轨道巷取芯结果和原始地质资料可知：3303 工作面轨道巷煤厚5.9 m，顶煤2.9 m，直接顶厚度 2.8 m，老顶厚度 9.6 m。 分析可知，确定沿空留巷顶板上方垂直高度15.3 m范围内岩层为主要弱化对象，因此，炮孔长度L为：

L=Mz/sinβ

式中：L为炮孔长度，m；Mz为沿空留巷顶板上方垂直高度，m。经计算得：沿底留顶段L=15.94 m。考虑到被爆破的砂岩老顶预留孔底安全层厚的需要，又要考虑老顶下的一层砂质泥岩爆破时需要被保护，满足综放工作面切顶卸压要求，因此确定炮孔长度为16 m。

3) 炮孔间距。根据理论计算，结合其他矿井爆破经验，初期取炮孔间距900 mm，措施孔间距450 mm，每3个装药孔为一组，后期根据爆破效果及时调整。

3.3 装药参数

聚能药包定向预裂炮孔布置，见图2。

图2 聚能药包定向预裂炮孔布置

炮孔装药长度10 m，封孔长度6 m。单孔装药量计算如下：

Q=ql

式中：q为每米装药量，取1.0 kg/m；l为装药长度，m。带入得：

Q=1.0×10=10 kg。

3.4 装药结构

采用不耦合连续装药爆破。炮孔长度16 m，装药总长度10 m，封孔长度 6 m。将乳化炸药装入聚能管内，单节聚能管长度2 m，聚能管间采用专用连接件连接并用螺丝固定，确保聚能管间捆扎牢固，可靠传爆炸药。每节聚能管安装 1 个D55 mm钻孔用定位块，确保聚能与预裂方向一致。装药结构见图3。聚能传播方向示意见图4。

图3 浅孔药包预裂炮孔装药结构

图4 聚能药包定向预裂炮孔安装示意

3.5 措施孔优化

为防止相邻炮孔未形成贯通性裂缝而憋压，造成冲孔，在采取前述优化措施的基础上，将措施孔由每5个炮孔中间布置1个空孔，调整为每3个炮孔中间布置1个空孔，增加爆生气体释放通道，降低爆压。目前已打设炮孔措施孔优化见图5。

图5 措施孔优化(mm)

4 3303工作面L巷沿空留巷设计

4.1 巷旁支护参数

根据矿方提供的资料及使用要求，3303工作面通风方式为两进一回Y型通风方式，设计3303工作面轨道巷沿空留巷宽度4 000 mm，柔模混凝土墙体宽度1 000 mm，墙体强度等级C40，柔模挂设好之后，锚栓孔内不放入对拉锚栓，利用木板提高柔模侧向约束力，提高成型质量(见图6)。

图6 沿空留巷支护横断面(mm)

4.2 待浇筑空间围护设计

采空区围护的目的是防止生产期间采空区矸石涌入留巷内，本次设计采用木点柱对待浇筑空间进行围护。

1) 架前铺网。在机尾侧4组支架前方铺设双层菱形金属网，金属网采用 8号铁丝编织而成，铺网宽度不小于6 000 mm，铺网长度宜根据现场围护要求最终确定。

金属网一侧与轨道巷深入顶板金属网1 000 mm位置处绑扎牢靠，采用16号铁丝联接，压网方式为搭接距离取金属网宽度的一半，保证双网，双丝双扣，1 m7扣，隔孔相连，网片对接。另外一侧自然延伸，移架后金属网落地、兜矸。

2) 打设木点柱。工作面每推进一个循环，在顶网的掩护下，紧跟支架尾快速支设一排单体支柱，间距为600 mm。在单体支柱的支撑及掩护下，间隔在单体支柱之间支设一排木点柱，木点柱的规格为D200 mm×3 300 mm圆木，中对中排距为500 mm。检修班挂设柔性模板前将单体支柱撤回。在支设木点柱时，在柱帽内预埋双股8号铁丝，铁丝长度不小于1.5 m，用以固定柔性模板翼缘。

4.3 临时加强支护设计

1) 超前临时加强支护。在超前工作面20 m范围内，沿巷道走向采用“单体液压支柱+π型钢梁”一梁四柱进行临时加强支护，从西往东，第一排单体柱距煤柱帮500 mm，第二排单体柱距煤帮1 600 mm，第三排单体柱距煤帮3 000 mm，第四排单体柱4 400 mm，其中，第二排、第三排、第四排单体柱打设时向巷内迎山3°，第一排单体柱打设时向采空区迎山3°。单体柱间距1 000 mm，临时单体支柱初撑力不低于18 MPa。

2) 滞后临时加强支护。在滞后工作面100 m 范围内(具体支护长度根据回采后矿压显现确定)，沿巷道走向采用“单体液压支柱+π型钢梁”一梁四柱进行临时加强支护。工作面推进过程中，超前打设的临时加强支护不动，一是减少人工打柱工作量，二是减少单体柱反复支撑顶板，避免单体柱破坏顶板完整性。临时加强支护平面见图7。

图7 沿空留巷临时支护平面

4.4 其他要求

1) 在巷道内安装激光指向仪，通过激光线确定单体打设位置，确保单体横成面、竖迎山，保证每棚受力均匀。

2) 单体柱打设在大板梁上，加密柱打设在底板上，加密柱打设前应先挖柱窝，柱窝必须落在实底上，严禁将单体液压支柱打设在浮煤浮矸上。所有单体均穿直径不低于300 mm的大柱鞋，每班安排专人对单体液压支柱及时补液。

3) 靠近墙体侧第一根单体柱的柱脚必须紧贴柔模墙底部，形成戗柱，限制柔模墙底部向巷内位移。

4) 钢梁上部与顶板未接触部位应采用木板、木楔、木柱背紧背实，严禁单体液压支柱正上方及其前后或左右300 mm范围内钢梁悬空，确保单体液压支柱支撑有力、钢梁不弯曲。

5 结 语

1) 加快3311工作面推进，尽量避免工作面缓慢推进。一般来说，留巷施工期间工作面推进越慢，留巷顶板运动越缓慢，留巷静态和采动压力越小，留巷效果越好。但是留巷复用期间，工作面回采推进度越快，将顶板侧悬臂快速甩入采空区，减轻周期来压对轨道巷夹制作用。而且轨道巷围岩经过多次采动作用，一般比较破碎，自稳能力差，流变性明显，加快推进，可避免流变作用的时间累积效应，减少变形。

2) 后续拟留巷道将炮孔布置于顶板与煤帮连接处，减少爆破自由面，并利用该时段围岩完整性最好的特性，在掘进成巷期间就完成切顶作用，减少冲孔几率。