山西马兰矿62711工作面切顶卸压沿空留巷技术的应用

杨仲全

(山西西山煤电股份有限公司马兰矿)

马兰矿北七2#煤层盘区为该矿正在开发的盘区，盘区走向长3 397～3 467 m，倾向长1 500 m，盘区总面积5 148 000 m2。盘区内沿北一大巷平行方向布置有北七2#煤层轨道巷(沿2#煤层布置)、北七2#煤层皮带巷(沿2#煤层布置)、北一总回风巷(沿1#煤层布置)。62711工作面为北七2#煤层盘区首采面，该工作面煤层厚度稳定，煤厚1.00～2.40 m，平均1.90 m，结构简单，煤层倾角1°～7°，平均2°。该工作面煤种属瘦煤，内灰较低，但由于煤层薄，回采割底，导致灰分有较大增高，硫分约1.00%。该工作面煤层埋藏深度为435～687 m，煤层赋存稳定。煤层直接顶为细粒砂岩，厚度为4.20～ 5.54 m，平均5.12 m；老顶为均厚2.62 m的砂质泥岩；直接底为砂质泥岩，均厚1.80 m，老底为均厚2.13 m的碳质泥岩。工作面回采走向长度为 1 761 m，切眼长216 m，采用走向长壁后退式综合机械化采煤法，全部垮落法管理顶板。本研究对该矿62711工作面切顶卸压沿空留巷工艺的实施流程进行分析。

1 切顶卸压沿空留巷工艺实施流程

1.1 恒阻锚索加强支护

62711轨道巷设计采用3排恒阻锚索对巷道进行超前支护(图1)。恒阻锚索直径为21.6 mm，长8 300 mm，钻孔直径32 mm，孔深8 m，施工完毕后，使用φ85 mm扩孔钻头扩孔，扩孔深度500 mm。第1列恒阻锚索距留巷帮650 mm，排距1 000 mm，沿巷道走向使用W型钢带连接；第2列、第3列恒阻锚索分别在原有锚索中间位置隔空布置，第2列恒阻锚索间的排距为2 000 mm，第3列恒阻锚索间的排距为4 000 mm，预紧力不小于28 t，恒阻器的恒阻值为(33±2)t。

图1 恒阻锚索支护断面(单位：mm)

1.2 切缝孔及顶板预裂爆破施工

62711工作面最大采高取2.4 m，考虑到理论计算结果及顶板岩性情况，预裂切缝孔深度设计为6.0 m。切缝孔布置于巷道采帮与顶板交接处，与铅锤方向成10°(向采空区方向)，切缝孔直径为 48 mm，间距设计为500 mm(图2)[1-4]。根据现场多次装药观测，最终确认4连孔爆破方式，每5孔为1组，4连孔装药(炸药规格为φ35 mm×200 mm),1孔观测。装药孔每孔装3根聚能管(聚能管外径为42 mm，内径为36.5 mm，管长1 500 mm)，采用“3+3+2”型装药方式，即第1根、第2根聚能管装3卷乳化炸药，第3根裁切至1 m后，装2卷乳化炸药，封孔长度为2 m。采用顶板恒阻锚索+W钢带方式加固后，在确保恒阻锚索超前加固支护≥20 m的前提下，按设计参数施工切顶孔，沿工作面推进方向，依次采用聚能管装药方式进行预裂爆破。

1.3 架后挡矸支护

待工作面推过后，及时在机尾支架后方进行挡杆支护，按照“一梁三柱”方式打设单体支柱[5-7]。支架后0～50 m范围内，单体排距为500 mm；支架后50～200 m范围内，单体排距为1 000 mm。在靠近采空区侧每2架单体棚子之间布置U型钢可缩支架并铺设钢筋网，单体及U型钢可缩支架须加设柱靴增加摩擦力，防止支柱及U型钢可缩支架滑动[8-10]。钢筋网采用φ6.5 mm钢筋网，尺寸为1 500 mm×1 100 mm(长×宽)，与顶板钢筋网捆扎在一起，钢筋网之间重叠不小于65 mm，并用铁丝捆扎。为防止漏风现象发生，在钢筋网与采空区之间铺设双抗布，高度为3.4 m，上下各超出30 cm，超出部分分别固定至顶底板，并进行有效封闭。双抗布搭缝处宽度为30 cm，固定后也进行封闭处理。架后挡矸支护见图3。

图2 切缝孔布置示意

图3 架后挡矸支护示意(单位：mm)

1.4 喷 浆

待顶板垮落并稳定后(距工作面200 m外)，对垮落不充分的部位进行填充，整理巷道形状待满足使用要求后，进行喷浆处理[8]。

2 施工中存在的问题及应对措施

62711轨道巷留巷初期，由于现场施工经验不足，挡矸墙U型钢未能栽至实底，导致挡矸墙底部出现占巷现象。施工中及时修改了挡矸墙U型钢支护施工工艺，在架设U型钢前，须提前挖柱窝，将U型钢架设在实底，并加强了现场施工质量考核管理工作，确保挡矸墙符合设计要求。

由于工作面头尾推进度不一致，导致运输机整体蹿头，支架向运输机机头平移了约1 m，造成部分地段挡矸墙与支架空顶面积增大，给工作面缺口支护带来了一定影响。施工中一方面及时在空顶区域内架设了单体π型梁棚，确保空顶区域内作业安全；另一方面采取机尾多返刀、逐步向机尾方向移溜子、靠支架等方法，调整头尾推进度，杜绝出现工作面蹿头现象。

工作面在留巷期间，U型钢、单体、π型梁等挡矸支护材料使用量大，运输距离远，工人劳动强度大，运输困难，影响了工作面的正规循环。施工中及时引进了风动单轨吊设备，有效解决了材料运输问题，目前单轨吊已安装完毕，调试正常后，便可投入使用。

在施工过程中，矿压监测设备仍不完善，将给留巷段矿压监测带来一定的影响。目前，剩余矿压监测设备正在安装过程中，将尽快完善矿压监测系统；加强切顶卸压沿空留巷无煤柱开采期间的矿压监测，及时掌握现场第一手资料，并对监测数据进行及时分析，总结规律，为下一步沿空留巷施工奠定基础。

3 效果分析

截至目前，该矿62711工作面已推进215m。推进过程中，前100m范围内巷道无明显变化，当工作面推进至120～150m时，工作面开始出现周期来压，现场主要表现为巷道底鼓，底鼓量为300mm；当推进至150～200m时，该段顶板整体呈现轻微下沉，表现在恒阻器 释放位移，再次实现平衡，同时现场测量巷道高度变 形量为600 ～ 700 mm( 约有300 mm厚的浮煤) ，架 后巷高为2． 1 ～ 2． 5 m( 原巷高2． 8 m) 。由观测分 析可知，工作面推进至100 m 时，巷道超前支护范围 内有轻微变形; 推进至120 m 开始，随着工作面推 进，架后20 m 范围内为巷道压力集中区( 开始周期 来压) ，顶板出现下沉，下沉量为20 ～ 30 mm; 架后 20 ～ 50 m 内巷道变形速率降低，挡矸墙底部出现滑 动; 架后50 m 往后巷道顶板及挡矸墙趋于稳定。

4 结 语

以山西马兰矿62711工作面为例，提出了切顶卸压沿空留巷施工方案。该方案的实施，使得该工作面可多回采原煤11.3万t，按原煤价格410元/t计算，切顶留巷成本为1 942万元，新增经济效益约2 688万元。此外，该方案的顺利实施，使得原巷道得以保留，用于下一工作面的顺槽，可有效缓解该矿生产衔接紧张的问题。