三软极不稳定煤层孤岛工作面切顶卸压沿空留巷“三强”技术研究

摘要：义煤公司东部矿井普遍面临地质条件复杂，瓦斯治理工作难度大，水害严重，严重制约矿井安全高效发展，尤其是新义矿业属“三软”极不稳定煤层，矿界内村庄较多，初期工作面跳采，导致目前布置的工作面多为孤岛工作面，压力显现明显，支护困难，两巷巷修工程量大，受限员管理规定影响，工作面回采难度大，矿井经营一度困难陷入破产关闭的边缘。为有效解决制约企业发展的瓶颈问题，近两年在公司和上级部门领导下，通过走出去交流学习，结合矿井实际条件，通过强支护、强切顶、强卸压三方面的深入探索研究，在三软极不稳定煤层孤岛工作面切顶卸压沿空留巷技术研究方面取得突破性进展，矿井逐步走出困境实现扭亏。

关键词：三强;三软;极不稳定;切顶卸压;强支护;强切顶;强卸压

传统工作面布置及开采方式存在“巷道掘进工程量大、掘进及维护成本高、护巷煤柱资源浪费”等诸多问题，此外工作面接替无法顺采，跳采形成孤岛，违反防突有关规定，造成后期瓦斯治理及矿压控制极为困难。沿空留巷是“降低成本投入、提高资源回收、缓解接替紧张、实现高效开采”的有效手段。但传统留巷技术存在较多问题，其工艺复杂、施工繁琐、成本高，影响工作面推进度，且砌墙或充填体均为刚性材料，不具备大变形特性，受力较为集中，易被压垮，造成沿空巷道失稳。义煤公司新义矿业结合矿井实际，探索国内外研究现状及工程应用情况，在11090工作面成功应用切顶卸压留巷技术。

1.留巷方案

切顶留巷自11090胶带顺槽700m处开始，工艺流程主要以“补、切、护”为核心，具体为：巷道超前区补强加固→超前预裂切缝（切顶眼打设→预裂爆破切顶）→工作面端头管理→滞后临时支护区支护（非煤墙侧帮部补强加固、采空区侧挡矸防护）→沿空留巷支护与端头支护联合布置→完成沿空留巷。

2.切顶留巷技术要点

通过切顶沿空留巷实践研究，发现留巷成功与否的关键在于“三强”（强支护、强切顶、强卸压）关键技术的落实。

2.1 强支护（巷道超前补强方案）

为保证切顶过程和周期来压期间巷道的稳定性，在对巷道顶板进行预裂切顶前采用锚索进行超前补强支护。顶板锚索由原来的每排3根加密至5根、间排距由原来的1.6m×2m缩小至0.8m×1m，其中沿空侧锚索距巷帮500mm，顶板锚索采用φ18.9×7500mm、φ18.9×10000mm及φ22mm×6300mm注浆锚索三种规格;同时在实体煤帮每排增加2根锚索、间排距1.4m×0.8m，锚索规格φ18.9×4300mm;预紧力不小于200KN。

2.2  强切顶（超前切顶爆破方案）

结合地质资料和钻探、窥视成像情况，确定切顶孔深度15m（切入老顶），切缝线与铅垂线夹角10°、距采空区侧煤壁平均0.2m（中线偏右2.2m），钻孔直径45mm，间距0.6m。根据切顶卸压自动成巷工程经验，确定每孔装药15节，采用pvc半管装药，封孔长度5m，一次起爆眼数8～16个深孔，8～16个浅孔，超前工作面不少于50m。

3.强卸压（沿空留巷巷帮支护方案）

3.1 工作面端头管理

为保护顶板支护锚索不被破坏，将端头1#排头架向工作面切眼内挪移，工作面1#排头架与顶板最边缘一排锚杆向外间距不大于0.2m。工作面排头架1-2架支架顶部上网（菱形网），防止采空区顶板矸石垮落，窜入巷道。回采到停采线前720m开始上网，不设专职人员，转载机司机和溜子司机配合。为防止采空区顶板矸石垮落，窜入巷道，增加安装挡矸柱时施工安全系数，在1#、2#排头架安装自主加工临时防护装置控制顶板。

3.2 采空区挡矸防护

挡矸支护紧贴支架后方施工，滞后支架不超过0.5m。工作面后方沿空留巷巷帮挡矸防护采用“金属菱形网+挡风布+背木+可伸缩U型钢点柱+连接板”方式。留巷效果主要取决于挡矸防护措施是否有效，为保证挡矸防护效果，在相邻两根挡矸柱之间增加连扳进行连锁，挡矸柱与顶板之间采用废旧锚杆进行固定，增加挡矸柱的稳定性。

3.3 留巷段加强支护

架后0-200m留巷段动压影响范围需进行加强支护，采空区侧距帮1m打设1排液压抬棚，实体煤侧距帮1m打设1排“单体柱+π型梁”抬棚，初撑力不低于24Mpa。

3.4 穩定区减少支护

架后200m之后区域的顶板活动基本趋于稳定，通过矿压观测数据，依次减少抬棚数量，确保沿空留巷在下一个工作面开采前的稳定。

4.效益分析

（1）采用切顶留巷，缩短了工作面形成时间，工作面提前投产3—4个月，有效缓解了接替紧张问题。

（2）采用切顶留巷，不存在煤巷掘进实施区域防突措施问题，采空区积水可直接渗流到留巷内疏排，消除了掘进期间突出、瓦斯超限、透水等重大风险。

（3）采用切顶留巷，工作面可少掘1条煤巷，每米节约掘进成本9200元（留巷成本3100元/米），不再留设沿空掘进护巷煤柱，每米多回收原煤20吨（8000元以上）。综合两项，每米巷道直接效益14100元，全部工程直接效益1029万元。

参考文献

[1]汪理全，徐金海等.矿业工程概论[M].徐州：中国矿业大学出版社，2004.

[2]康红普，王金华.煤巷锚杆支护理论与成套技术[M].北京：北京煤炭工业出版社，2007.

[3]钱鸣高，石平武，许家林.矿山压力与岩层控制[M].徐州：中国矿业大学出版社，2010.

作者简介：杨楠（1987—），男，河南省义马市人，2009年毕业于中国矿业大学，土木工程专业，现在河南大有能源股份有限公司生产技术处从事采掘技术管理工作。