锦瑞矿8103 综采工作面切顶卸压沿空留巷技术研究

任建宇

（华晋焦煤有限责任公司锦瑞煤业， 山西 离石 033000）

长期以来回采巷道一般采用大煤柱护巷，采用此种方式虽然可降低煤炭开采难度，但是也存在煤炭资源回收率低、浪费严重等问题；同时当巷道受临近回采工作面强烈动压影响时，虽然预留有宽度介于15～30 m 煤柱，但是仍存在巷道围岩变形量大、控制困难等问题[1-2]。在回采工作面间预留的区段煤柱会导致应力集中，从而给下部煤层开采带来制约。沿空留巷具有提高煤炭采收率、缓解矿井采掘接替紧张局等优点，在矿井煤炭资源回采中应用逐渐广泛，沿空留巷相对于传统的煤柱护巷而言，在经济性以及安全性等方面均有显著优势[4-7]。锦瑞矿开采的8 号煤层煤质优越，为提高煤层资源回收率并缓解矿井采掘接替紧张局面，提出在8 号煤层8102 运输顺槽使用切顶卸压留巷技术。

1 工程概况

8103 回采工作面位于井田北部，北部为泰业煤业边界线，南部为东翼回风大巷，西部为8101 综采工作面，东部是矿界，工作面标高+750～+806 m，地面标高+954.7～+1 036.0 m。工作面设计走向长度为672 m，切眼长255 m，8 号煤层结构简单- 较简单，全区可采，厚度2.90～3.50 m，平均3.21 m，煤层倾角0°～8°，工作面所处采区总体结构简单。

8103 工作面进风顺槽毛断面尺寸为5.2 m×3.2 m，采用锚网索支护，为提高采面煤炭开采效率进行切顶卸压留巷，留巷长度580 m。工作面煤层及顶底板岩性特征情况如图1 所示。

图1 岩性特征

2 切顶卸压留巷技术方案

2.1 切顶卸压留巷段分区支护

综采工作面前方超前应力影响下，会导致回采巷道围岩变形加剧；在采面后方采空区顶板垮落过程中会导致留巷段围岩变形增加。依据采面动压、采空区顶板垮落以及巷道围岩应力情况，切顶卸压留巷段可分为超前切顶区、超前支护区、滞后临时支护区以及切顶卸压成巷稳定区，具体各区分布见图2 所示。

图2 切顶卸压留巷段分区支护示意图

超前切顶区主要用以恒阻锚索超前施工以及切顶卸压，区间位于采面前方50 m 以外位置；超前支护区是采面超前支撑压力显现区域，范围为采面前方0～50 m，此范围采用单体、工字钢组成迈步式抬棚进行支护；采面后方采空区顶板弯曲、垮落范围为滞后临时支护区，位于采面后方150～200 m，为确保围岩稳定，采用档杆支架以及单体支护等进行支护；滞后临时支护区之外为成巷稳定区，此区间采空区顶板基本稳定，围岩变形量不大，可回撤支护用的单体、仅保留挡矸防护即可。

2.2 恒阻大变形锚索加固

通过恒阻大变形锚索提升留巷段顶板支护强度，从而提高后续切顶卸压安全性。8 号煤层顶板有L1灰岩、L2 灰岩，赋存稳定、坚硬，为此将恒阻锚索布置在L2 灰岩层上，考虑到后续需要切断顶板灰岩应力传递路径，为此恒阻锚索应超过L2 灰岩层1 m 以上，即将恒阻锚索长度设计为11.3 m、直径21.8 mm。

在巷道内靠近采空区帮布置3 列恒阻大变形锚索，其中第一列与采空区帮相距1.2 m、锚索排距1.0 m，并用W 钢带将锚索相连接；第二列及第三列分别距采空区帮2.7 m、4.2 m，排距均为2.0 m。恒阻大变形锚索均使用300 mm×300 mm×16 mm 平托盘。

2.3 顶板精准定向预裂切缝方案

2.3.1 预裂切缝钻孔布置

结合以往经验，根据8103 工作面顶板岩层情况，在8103 进风顺槽靠近采空区帮700 mm 位置施工切缝孔，钻孔向采空区侧有15°角。切缝钻孔斜长（深度）10 m、钻孔Φ52 mm。由于8 号煤层直接顶为L1灰岩硬度较大，根据以往沿空留巷经验，确定炮孔间距500 mm 效果最佳。具体切顶卸压留巷段恒阻锚索以及切缝钻孔布置见图3 所示。

图3 8103 进风顺槽恒阻锚索及切缝孔断面图

2.3.2 顶板精准定向预裂爆破方式及装药结构

1）爆破方式。预裂切顶钻孔采用连续4 孔装药、中间间隔一孔不装药方式，现场同时爆破4 个钻孔。通过钻孔窥视仪观测邻近钻孔间裂隙扩展情况，对后续爆破方式进行改进。

2）装药结构及工艺。钻孔采用不耦合装药方式，具体使用D 型聚能管装药，聚能管规格为Φ33 mm×2 000 mm。预裂切顶钻孔内单米钻孔炸药使用量为0.5 kg，单孔内装入4.2 kg 炸药，钻孔使用炮泥封孔，长度为2.0 m，钻孔内炸药使用2 发雷管引爆。

2.4 架后支护

2.4.1 架后滞后临时维护区（架后0～200 m）

采用4 根DW4.0 型单体柱+π 型钢梁构成架棚对顶板补强加固，架棚排距1 000 mm，支护范围为采面后方0～200 m。在具体留巷过程中应依据巷道围岩变形情况合理确定滞后临时维护区范围，具体该范围内支护布置见图4 所示。

图4 架后临时支护平面图（mm）

2.4.2 巷帮挡矸支护

挡矸防护由“挡矸钢筋网（金属网）+帮档矸架”构成，档矸架为RTD29-2500/01 伸缩式护帮支架，搭接长度、间距分别为1 000 mm、500 mm。移动采面端头支架后，依次铺设挡矸金属网、布置档矸架，金属网、档矸架均紧贴切缝边缘布置并与液压支架平行。具体巷道内档杆支护布置见图5 所示。

图5 架后挡矸支护

3 留巷效果分析

8103 进风顺槽切顶卸压后，对留巷段间隔50 m布置测站，对巷道顶板变形量以及下沉速度等进行监测。具体在监测30 d 期间顶板下沉速度见表1 所示。

表1 顶板下沉监测结果

由表1 可知，8103 进风顺槽切顶卸压后，顶板下沉量随时间增加逐渐降低巷道下沉量呈逐渐降低趋势并在支护完成30 d 时趋于稳定，最终顶板下沉量稳定到298 mm。

4 结论

1）将切顶卸压留巷技术应用到8103 进风顺槽沿空留巷中，用恒阻锚索补强留巷段顶板、预裂切顶爆破切断留巷段顶板应力传递路径、使用挡板支架以及单体支柱对采面后方留巷段顶板以及巷帮进行控制。

2）现场应用后，留巷段顶板下沉量在30 d 内趋于稳定，最大变形量为298 mm，同时巷帮以及底板底收敛量较小，可满足巷道后续使用需要。