切顶卸压无煤柱自动成巷技术在亿欣煤业的应用

琚 伟

(晋煤集团 晋圣矿业投资有限公司，山西 晋城 048000)

随着煤矿机械化水平的提高，开采强度日益增大，对于掘进效率提出较高的要求。传统的工作面布置，多采用一面两巷，准备一个工作面需要同时掘进两条回采巷道，在高强度回采过程中，往往造成矿井生产接续紧张[1-2]。另外相邻工作面回采巷道之间留设保护煤柱，造成了煤炭资源的极大浪费[3]。为了有效解决这些问题，本文以晋煤集团晋圣亿欣煤业XV1306工作面为背景，通过采用切顶卸压无煤柱自动成巷技术，有效缓解了矿井接续紧张的局面，提高了煤炭回收率。

1 工程概况

晋煤集团晋圣亿欣煤业XV1306工作面位于15号煤一盘区，工作面东为XV1307工作面，西为实体煤，南为保安煤柱，北为东轨道大巷。工作面标高978～964 m，地面标高1 160～1 320 m，盖山厚度182～356 m。XV1306工作面走向长度为461 m，倾向长度为200 m。煤层厚度2.0～2.6 m，平均厚度2.3 m，中部含夹矸厚0.3 m，工作面倾角2～9°，平均3°，采用长壁式采煤方法，综合机械化采煤工艺，全部垮落法管理顶板。煤层基本顶为K2灰岩，直接赋存在煤层上方，厚8.9～16.36 m；直接顶为1.7～8.9 m厚的砂质泥岩；直接底为泥岩，厚1.8 m。设计在XV1306工作面回采巷道采用切顶卸压无煤柱自动成巷技术，切顶留巷461 m。

2 切顶卸压无煤柱自动成巷原理

提前对预留巷道采用恒阻大变形锚索加强支护，利用爆破方法对巷道顶板进行预裂爆破，率先让巷道顶板形成一条沿工作面走向长度的结构弱面，以保证工作面回采过后顶板的快速垮落。工作面开采过程中，在工作面周期来压的作用下，巷道顶板岩石沿切缝垮落，形成巷帮，作为下一个工作面的回采巷道，从而将传统的一面两巷的掘进模式变成了一面一巷的掘进模式，极大地提高了矿井的掘进效率，真正实现了无煤柱开采。切顶卸压技术原理如图1所示。

图1 切顶卸压技术原理

3 切顶卸压成巷工艺流程

切顶卸压无煤柱自动成巷技术工艺流程主要为：超前补强支护—爆破切缝—巷道支护及挡杆—切顶成巷—巷帮喷浆密闭采空区。

3.1 超前补强支护

补强支护主要采用恒阻大变形锚索[4-5]，根据XV1306工作面的顶板地质柱状图，巷道顶板共布置3排锚索，锚索长度为12.3 m，直径为21.8 mm。第一排锚索距留巷帮600 mm，间距1 000 mm；第二排锚索与第一排锚索1 000 mm，间距为2 000 mm，两排锚索均垂直于顶板方向布置，托盘选用300 mm×300 mm×20 mm的平托盘；第三排锚索距第二排锚索为1 700 mm，间距为2 000 mm，与顶板呈75°。第一排采用W钢带连接。恒阻锚索支护示意如图2所示。

图2 恒阻锚索支护设计(mm)

3.2 爆破切缝

切缝采用专用钻机施工爆破孔，距巷帮0.2 m，眼距 0.5 m，炮眼直径为52 mm，眼深10 m，倾角15°，装药量为14根药卷，每孔6根聚能管，封泥长度为2.5 m，爆破方式为4连孔、间隔一孔，一次起爆8个爆破孔。

3.3 巷道支护及挡矸

根据现场监测数据，巷道压力分布不均，按照巷道受力可以分为3个区域：一是超前应力区(超前工作面30 m)，该区域巷道受到工作面采动影响较大，最不稳定；二是巷道维护区(架后0～200 m)，该区域巷道受力较小，围岩变形逐渐趋于稳定；三是稳定区(架后200 m之后)，该区域巷道已经成型，围岩受力及变形已经基本稳定。巷道支护针对3个区域受力特点采取不同的支护方案。

1) 超前支护区。采用单体液压支柱进行支护，排距1 000 mm，间距不大于1 200 mm，每排两根。

2) 巷道维护区。 采用单体+π型钢梁和单体+U型钢可缩支架进行挡矸支护。在巷道中部布置一排单体+π型钢梁，单体间距1 000 mm；沿巷道切缝边缘布置一排单体，与U型钢可缩支架交替布置，间距500 mm，单体与U型钢可缩支架间距为250 mm。

3) 成巷稳定区。根据现场巷道的矿压显现，逐渐回撤单体+π型钢梁，直至全部回撤完毕。

为了防止周期来压时顶板垮落岩石冲入巷道，工作面支架后200 m内采用由可缩性29U型钢+钢筋网进行支护，间距500 mm，其中要求钢架横平竖直保持在一条直线上，以保证巷帮效果。钢筋网尺寸为1 000 mm×2 000 mm，并利用8号铁丝将其与钢架捆绑在一起，搭接长度不小于200 mm，如图3所示。

图3 巷旁挡矸支护示意

4 工程应用效果

通过在亿欣煤业XV 1306工作面工业性试验，回采过程中留巷围岩在不同阶段出现了不同程度的变形，当留巷滞后工作面70 m范围内巷道变形速率大，矿压显现明显；滞后工作面90 m后，巷道变形趋于稳定；滞后工作面180 m后，巷道稳定，顶底板移近速率<1 mm/d。通过对巷道围岩移近量进行监测，顶板下沉量90～350 mm，底鼓量20～250 mm。巷道完全满足工作面正常回采需求，留巷效果良好。

5 结 语

亿欣煤业XV1306工作面采用切顶卸压自动成巷无煤柱开采技术后，与传统回采方法比较，多回收煤炭3.3万t，产生直接经济效益达911万元，提高煤炭采出率10%，极大缓解了采掘接续紧张的问题，延长了矿井服务年限，保障了矿井的安全生产。