深孔爆破预裂顶板卸压沿空留巷技术应用

杨豪杰

（冀中能源股份有限公司 葛泉矿，河北 邢台 054100）

0 引言

采区内相邻工作面顺槽间一般采用留设煤柱进行护巷，用于防止工作面与相邻采空区通透漏风引起的采空区自然发火，同时兼顾降低动压影响的作用。采用护巷煤柱的主要缺点是会造成一定煤炭资源的损失，如果煤柱留设不合理还会使覆岩应力在煤柱处形成集中[1]，对附近巷道造成破坏。因此推广沿空留巷开采，研究区段无煤柱护巷，对安全生产、提高煤炭回采率、增加经济效益等具有十分重要的作用。相比较于葛泉矿北翼，南翼地质条件较为复杂，构造发育，巷道围岩压力大，变形严重，满足不了巷道的运输运料需求，往往在工作面回采前需要重新整修，甚至反复整修，浪费了大量的人力物力。此次在南翼地质条件下应用深孔爆破预裂顶板卸压沿空留巷技术，积累了大量数据和丰富经验，为该矿南翼地区主采2 号煤转向主采5 号煤争取了宝贵时间，缓解了接替紧张问题，保障了采掘正常接替。

1 概 况

葛泉矿位于河北省邢台市，年产185 万t，投产三十余年，经过多年开采，近距离、浅部煤层和优质煤层资源开采殆尽。采掘战线越来越长、可采区域地质条件日趋复杂、单面储量减少、万吨掘进率逐年增加，造成一定的接替紧张问题。在此情况下，研究改进适用实际生产情况的沿空留巷工艺势在必行，对矿井的长远发展具有重要的意义。

1727 工作面位于七采区，采2 号煤（无烟煤），属于三类不易自燃煤层。2 号煤埋深在210～250 m，平均煤厚2.75 m，走向长610 m，平均面长90 m，煤层平均倾角10°。直接顶为粉砂岩，平均厚度9.17 m，深灰色，无层理，呈块状构造，中部含石膏为核心的眼球状菱铁质结核，顶部含植物根化石，底部含炭质，中上部夹细砂岩薄层，具水平层理，含植物化石，易离层。基本顶为细砂岩，平均厚度4.57 m，灰色，顶部0.4 m 为粉砂岩，含植物化石；其余为细砂岩，具线状水平层理，偶见树干化石，中部夹薄层粉砂岩，具完好叶化石。

1727 工作面运输巷为梯形断面，4.2 m×2.6 m（宽×中高），设计长度615 m，留巷长度505 m，于2022 年7 月开始留设，12 月结束，成功留巷505 m，大部分巷帮变形量不超过300 mm，受断层影响，局部巷帮形变量达到500 mm，整条巷道底鼓不超过300 mm，滞后工作面100 m 整修一次后，几乎无形变量。

2 沿空留巷设计及应用

根据1727 工作面运输巷现场及围岩情况，结合以往沿空留巷支护形式和同忻煤矿[2]、屯兰矿[3]沿空留巷经验，制定适合矿井南翼2 号煤区域内的沿空留巷施工设计方案，此次沿空留巷技术应用总体分4 步施工。

2.1 超前围岩加固

在超前工作面50～70 m 施工切顶锚索、非面帮加固锚索和预裂爆破孔，如图1 所示。切顶锚索距巷中1 300 mm（距面帮800 mm），顺巷插花布置（受巷道原有锚索影响时，适当调整位置），锚索采用φ17.8 mm×10 500 mm 钢绞线配2.0 m 长的12 号槽钢，间距2.0 m。若顶板破碎或压力显现，则在面帮一侧距巷中300 mm 处另补打一组加固锚索梁，锚索梁采用φ17.8 mm×6 000 mm 钢绞线配2.0 m 长12 号槽钢，间距2.0 m。

图1 锚索支护平面布置示意Fig.1 Plane layout of anchor cable support

非面帮加固锚索顺巷道施工，距顶1 m，间距1.5 m，采用φ17.8 mm×4 500 mm 钢绞线配2.0 m12 号槽钢。预裂爆破孔距面帮200 mm，孔深10 m，钻头直径48 mm，沿基岩移动角70°[4]偏向面帮施工（图2），间距600 mm，隔孔爆破。

图2 预裂爆破孔布置剖面示意Fig.2 Layout profile of pre-splitting blasting hole

2.2 超前支护与顶板预裂

在运输巷超前工作面30 m 范围，在锚网支护下垂巷补打单体配π 型钢支护，一梁三柱，排距800 mm，如图3 所示。

钻孔爆破方式为间隔装药爆破（每间隔1 个钻孔，装药爆破），即留设观测孔，起到应力传导、爆破效果观测及处理拒爆等作用[5]。爆破孔根据实际需要和爆破效果，采用3 根2.2 m 长O 型聚能管，每根管内装8 个药卷，O 型聚能管装药，选用矿用型乳化炸药，装药长度6 600 mm，封孔长度3 400 mm，每孔装药量为4.8 kg，每根聚能管插2 个电雷管，正向装药引爆（电雷管采用同一段号）。钻孔装药前先将炸药装入O 型聚能管内，再将O型聚能管装入钻孔内，装药完成后封孔，将成形炮土卷（即柱状成形炮土）与正常散炮土结合使用，装药结构如图4 所示。放炮时若出现切顶效果差或者顶板破碎、压力显现时，根据实际情况合理调整钻孔间距。

图4 装药结构Fig.4 Charge structure

2.3 留巷支护

采空帮支护分为刚性支护和柔性支护，如图2、图5、图6 所示。刚性支护采用单体配十字顶梁、护帮π 型钢（2.6 m）、铁鞋（720 mm）组合支护顶板及采空帮，十字顶梁相互铰接并与顶板加固π 型钢铰接，护帮π 型钢与巷帮间隙采用串杆裱褙；柔性支护采用1.0×5.0 m 金属经纬网（双层）和5m 旧钢丝绳联合阻挡采空区喷渣，其中帮网、钢带端头固定于顶板，距面帮0.7m，固定帮网、钢带的锚杆距巷帮0.6 m，采用φ20×1 000 mm 螺纹钢锚杆，一卷CK2333 树脂药卷锚固，具体布置方式及参数见图。沿空留巷铺网要求：双层经纬网及钢带（钢丝绳）随工作面推进，平铺在机头3 个支架顶梁上，巷道侧端采用顶锚杆固定在巷道顶板，第一片网压第二片网（搭接部分500 mm，用绑丝栓牢，扣距100 mm），依次是后片网压前片网形成双层网，为防止金属网撕裂，并在其下加金属钢带或钢丝绳，提高金属网支护强度，其布置方式及参数：顺工作面布置，间距500 mm，用双股绑丝固定，扣距100 mm。

图5 巷道支护断面示意Fig.5 Section of roadway support

图6 巷道支护断面图A处放大图Fig.6 Enlarged diagram of roadway support in section A

2.4 喷浆封闭采空帮

采面通过后老空区垮落压实柔性支护金属经纬网，确保采空区顶板冒落严实后，采用复合浆体材料对沿空帮及巷道顶部进行喷涂封闭，喷层厚度不少于10 mm，沿空帮及巷道顶部喷涂封闭滞后工作面不超过30 m。喷涂前，对隅角及沿空帮落岩空隙用不燃性材料充填，使喷层表面尽量平整。喷涂封闭要严密不漏风，发现有开裂现象，及时补喷。复合浆体材料配比水泥∶粘土∶水∶水玻璃∶玻璃纤维=1∶1.5∶2∶0.02∶0.003（重量比）。

在留巷内增设2 个测风点，1 号侧风点沿空留巷进风口10～15 m 处，2 号侧风点在沿空留巷回风口10～15 m。通风区测风员每10 d 进行一次测风，确保沿空留巷风量不低于160 m3/min，发现风量异常时，立即汇报通风区及调度室，查明原因进行处理。

2.5 留巷优化

受断层影响，留巷时非采空帮帮鼓较大，1 排帮锚索支护强度不够，将帮锚索加固为2 排，距顶分别为1 m、2 m，中间用串杆褙实，加强支护后帮鼓量明显减小，有助于留巷成形，减少后期巷道整修工作量。

3 结论

（1）留巷后路设置围岩观测点，使用十字观测法记录围岩变化，分析后发现在滞后工作面100 m 范围内留巷巷道围岩变化量较大，达到200～300 mm，局部达到500 mm，滞后100 m 范围后围岩重新稳定，形变量较小。

（2）此次留巷长度共505 m，大部分巷帮变形量不超过300 mm，受断层影响，局部巷帮形变量达到500 mm，整条巷道底鼓不超过300 mm，滞后工作面100 m，整修一次后，几乎无形变量。

（3）通过沿空留巷，该矿实现无煤柱绿色开采，提高煤炭资源回收率，预计增加矿井效益300万元，同时减少巷道整修工程量，缓解矿井接替问题。该技术可为其他类似矿井提供借鉴。