晋城矿区9#煤层爆破切顶无煤柱留巷技术研究

周晋碧，赵玮烨

（1.山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司，山西晋城048000；2.山西晋煤集团技术研究院有限责任公司，山西晋城048000）

目前，国内很多矿井采用区段煤柱护巷技术，存在矿井资源回收率低、采掘接替紧张、上隅角三角区瓦斯超限、巷道万吨掘进率高等问题。沿空留巷是一种在采煤工作面后沿采空区边缘维护和保留原回采巷道的技术[1-4]，其显著的优势在于能够提高煤炭采出率、降低巷道掘进率、缓解采掘衔接紧张、使工作面构成Y型通风系统，基于以上优势沿空留巷已经成为科学采矿的重要发展方向和技术支撑[5-7]。

山西晋煤集团苇町煤矿主要开采沁水煤田9 号煤层，平均煤厚1.6m，顺槽巷道多为半煤岩巷，采用留设区段煤柱护巷方式，存在掘进速度慢、采掘接替紧张、出矸率高、成本高、经济效益低等问题，同时面临矸石堆放的环保压力。因此，无煤柱沿空留巷技术作为消除煤柱引起的不利影响、缓解采掘衔接、提高煤炭资源回收率、减少出矸率等有利手段，成为矿井安全、高效开采的主要攻关技术之一[8-10]。

1 工程概况

苇町煤矿91310工作面位于矿井九一盘区，该盘区东部与苇町村为界，北部、南部均以井田边界为界，西部与九二盘区相邻。九一盘区东西长1.2km，南北宽1.1km，盘区面积约1.32km2，地质资源量195.5×104t，设计可采储量为115.6×104t，设计能力0.60Mt/a，服务年限约2年。矿井采用斜井单水平开拓方式，采用倾向长壁一次采全高开采方法，采空区顶板以全部垮落式管理。

91310工作面采用双巷布置，工作面南部沿苇町村保护煤柱布置91219 巷，作为工作面进风兼作胶带巷；北部布置91220巷作为工作面进风兼辅助运输巷；东部布置开切眼，对晋东南至荆门1000kV特高压线塔基留设100m保护煤柱。91219巷、91220巷和切眼均沿9号煤层底板布置，采用矩形断面，两条顺槽为新掘巷道。91220 巷为91310 工作面留巷巷道，留巷长度170m。工作面切眼长175m。巷道布置及留巷位置图见图1。

图1 91310工作面巷道布置及留巷位置图

根据现场取芯、钻孔窥视结果，结合矿井钻孔综合柱状图，对91310 工作面综合柱状图进行绘制，如图2所示。依此顶板岩层结构为依据，进行预裂爆破工艺参数设计。

2 沿空留巷支护技术方案

2.1 切顶留巷工艺过程

图2 91310工作面岩层综合柱状图

切顶卸压留巷施工工艺包括超前采煤工作面的恒阻大变形锚索补强支护、预裂爆破、工作面后方巷旁挡矸支护、巷内临时支护等工艺，各施工工艺顺序为：①超前采煤工作面不小于100m，施工恒阻大变形锚索补强支护；②超前工作面使用切缝钻机施工聚能爆破钻孔，超前采煤工作面不小于50m，依次进行预裂爆破，形成切顶卸压预裂切缝线；③工作面推进过程中，紧跟工作面支架，按设计位置进行挡矸支护；④巷旁挡矸支护安装完成后，立即进行该断面巷道的临时支护施工。

2.2 留巷支护参数设计

为了保证顶板切割效果和周期来压阶段围岩的稳定性，在对91220巷预裂爆破切顶前使用恒阻大变形锚索补强支护。根据巷道目前支护参数、顶板岩层分布情况及恒阻锚索支护范围至少超出切缝孔深度1m 的原则，设计恒阻锚索长度为8.3m，直径21.8mm。

顶板共打设2列恒阻锚索，锚索直径为21.8mm，长度为8.3m，第一排恒阻锚索距留巷帮0.6m，排距1m；第二排恒阻锚索距第一排恒阻锚索间距1.3m，排距2m；恒阻锚索全部垂直顶板打设，托板采用300mm×300mm×16mm 的平钢板。沿空留巷段恒阻锚索补强支护如图3所示。

2.3 巷道临时支护

图3 91220巷恒阻锚索补强与临时支护图

根据工作面回采过程中巷道变形监测数据，将采面附近区域划分两个阶段：超前支护段（超前工作面0～30m），滞后维护段（架后0～170m），不同阶段采取针对性的支护措施。①超前支护段：采用单体支柱配合π型梁以“一梁三柱”方式进行超前支护。π型梁长3.5m，靠近留巷侧第一列单体柱距回采帮700mm，与第二列单体柱间距1.6m，第二列单体柱与第三列单体柱间距1.5m，排距1.0m；②架后维护区：采用单体柱+π型梁“一梁四柱”对顶板进行架后加强支护。即在超前支护的基础上，在原第一列和第二列单体柱之间再增加1列单体支柱，新增加单体柱位于原第一列和第二列中间位置排距1.0m；由于工作面回采长度仅有170m，临时支护在巷道复用时，随着相邻的91308工作面回采逐步回收。

2.4 采空区挡矸支护

采空区挡矸支护采用单体液压支柱+U 型钢可缩支柱紧压钢筋网进行，在巷道采面侧帮沿切顶线布置一列单体支柱，与U型钢可缩支架交替布置，单体柱间距、U型钢可缩支架间距均为0.5m，单体柱与U型钢支架间距为250mm。U型钢内挂钢筋网防止矸石窜入巷道。架后挡矸支护图如图4所示。

3 预裂爆破切顶工艺参数设计

综合井下生产条件、顶板岩性、顶板爆破预裂切缝效果、打眼速度以及现场爆破参数试验等因素，确定爆破切顶参数如图5所示。每排布置1个爆破钻孔，排距0.5m，在距回采帮距离200mm 位置开孔，钻孔直径40mm，长度7.3m，仰角15°。

采用D 型聚能管，外径28mm，管长2000mm，长度可以根据现场情况而调整。爆破切顶采用矿用三级乳化炸药，炸药直径φ=32mm，长l=200mm，重量m=200g，将炸药均匀装在聚能管内，每孔使用3 根聚能管装药，每根1.5m，装药长度4.5m，封孔长度2.5m，装药量按0.4kg/m 计算，加上孔底1 卷加强药卷，每孔装药量约为2kg。见图6。

图4 91220巷架后挡矸支护图

4 留巷效果考察与分析

在沿空留巷内布置矿压监测点，对巷道变形、受力进行监测，从而对留巷效果进行评价。

图5 钻孔布置参数示意图

根据切顶留巷围岩变形、单体支柱压力和活柱缩量监测数据分析，巷道临空侧受力大于煤柱侧，巷道围岩变形以顶板下沉为主，最大沉降量为155mm，顶底板移近量最大为248mm，两帮最大移近量为294mm，从留巷开始至复用结束顶板最大累计沉降量为188mm，顶底板移近量最大累计为271mm，两帮最大移近量累计为307mm，巷道变形量较小，满足了下一工作面的使用要求。

图6 沿空留巷现场效果图