1226工作面运输巷切顶卸压沿空留巷技术研究

张能旺

（山西汾西矿业（集团）有限责任公司曙光煤矿，山西 孝义 032300）

1 工程概况

山西汾西矿业曙光煤矿1226工作面位于一采区西翼，工作面主采2#煤层，煤层均厚为2.85m。煤层伪顶为0.4m，直接顶为4.0m的粉砂质泥岩，基本顶为细砂岩，均厚为5.7m。工作面倾向长度180.5m，可采走向长度1562m，采用综采工艺，采高为2.85m，沿顶底板割煤。为有效提高2#煤层煤炭的总体采出率，采用切顶卸压沿空留巷技术，1226工作面的运输巷作为留巷巷道，留巷宽×高=4.7m×3.5m。

2 切顶卸压技术

采用双向聚能爆破技术对1226工作面运输巷进行顶板切缝。该技术是炸药放置于聚能装置中，在进行起爆作业时，炸药的爆破力能够在聚能装置设定的方向上呈现出集中受力，而在非聚能方向上呈现出均匀受压。当爆破力在聚能方向上的拉应力超出岩体自身的极限抗拉强度后，岩体便会沿着聚能爆破的方向进行拉断。

基于众多沿空留巷切顶卸压技术的研究及工程实践[1-2]，知合理预裂切缝深度为：H缝≥2.6H煤。1226工作面所采煤层为2.85m，得出H缝=7.41m。具体预裂切缝的深度及角度的参数，通过下式进行分析：

式中：

ΔH1-顶板下沉量，m；

ΔH2-底臌量，m；

k-岩体的碎胀系数，取为1.4。

当将巷道顶底板的移近量忽略不计时，得出H缝=7.1m。考虑到岩层厚度的变化情况，综合确定H缝=7.5m。

依据所绘制1226工作面运输巷侧煤层覆岩分布，根据确定的切缝孔基准线结合巷道顶板岩性分布对1226工作面进行留巷工程区划设计，将运输巷划分为A、B两个分区。A区总共1042m，包括工作面端头294m，靠近停采煤柱侧718m，该区切顶高度10m；B区为剩余运输巷的位置，总共550m，切顶高度11m，切缝孔距巷道回采侧帮150mm，切缝面与铅垂线夹角为15°，切缝孔间距初步设计为500mm。具体A、B分区如图1所示。

图1 运输巷道切顶及锚索支护分区图

为有效保障切顶卸压技术的有效实施，通过试验的方式确定聚能爆破钻孔的封孔长度和装药量。根据理论和试验结果得出，聚能爆破钻孔的布置形式如图2（a）所示。本次1226工作面运输巷切顶卸压聚能爆破作业时，特制聚能管型号为外径×管长=42mm×1500mm，炸药采用二级矿用乳化炸药，炸药药卷规格为Φ32mm×200mm，聚能爆破钻孔的封孔采用炮泥，设置封孔长度为2m。在现场具体实施聚能爆破切顶卸压技术时，通过在爆破钻孔内部设定位置安设聚能管，然后按照图2（b）的方式在单个爆破钻孔内进行爆破作业。装药作业结束后，可进行区域性的聚能爆破作业。

图2 切顶双向聚能爆破参数示意图

3 沿空留巷方案

3.1 方案设计

（1）切顶方案设计

基于第二部分可知切顶恒阻锚索分为2个区进行， A区切顶高度10m，B区切顶高度11m。切顶卸压留巷段需进行横阻锚索加固，锚索长度一般比切顶高度长2m。但是在高于切顶线高度2m的范围内，锚索须锚固在稳定的岩层中[3-4]，若没有稳定的锚固层，就需要改变锚索的锚固位置。在A、B两个区中，A区锚索长度12m，B区锚索长度13m。

运输和材料巷及开切眼的切缝孔距巷道回采侧帮150mm，切缝面与铅垂线夹角为15°，切缝孔间距初步设计为500mm，施工时至少超前工作面50m，具体距离根据爆破试验确定。切缝钻孔布置剖面图如图3所示。

图3 A、B分区切顶卸压示意图

（2）恒阻大变形锚索设计

为保障恒阻大变形锚索在切顶留巷中起到重要的悬吊作用，充分地保障锚索的锚固端，在进行恒阻锚索长度换算时，一般设计切缝高度H缝、超高2m及锚索外露长度0.3m之和为合理的恒阻大变形锚索的打设长度。考虑到顶板岩层分布、巷道原有支护参数情况，恒阻锚索设计长度分别为12.0m（A区）、13.0m（B区），如图3所示。若考虑外露长度，须在图3的基础上加0.3m，分别为12.3m（A区）、13.3m （B区），施工时至少超前工作面100m，具体根据矿压显现情况调整。

根据1226工作面运输巷原有锚杆索的支护方式，并结合众多切顶卸压沿空留巷的工程实践结果，确定锚索与顶板方向垂直布置。1226工作面运输巷布设两列恒阻大变形锚索，第一列恒阻锚索距切缝钻孔400mm（距回采侧煤帮550mm），排距1000mm；第二列中线偏实体煤侧200mm，排距2000mm。相邻锚索间用3mm×280mmW钢带连接，恒阻大变形锚索选用直径为21.8mm的锚索，在锚索上安设的恒阻器其尺寸为：直径×长度=85mm×450mm，设置锚索的预紧力大于25t，锚索恒阻器上的恒阻值设置为32t。

留巷段回采侧的绞车硐室、材料硐室、排水等硐室以及切缝线至上帮之间的锚杆、锚索在回采前进行退锚处理。硐室口及前后5m范围内对顶板加强支护，W钢带长2.5m，宽280mm，第一列切缝侧锚索的槽钢扩3个孔，第二列锚索的W钢带扩2个孔。

工作面超前0～30m：该段属于超前支承压力的峰值区域，该区域矿压显现会比较剧烈，需要采用有效的加强支护方案保障巷道围岩稳定。根据1226工作面回采巷道的具体地质条件，确定采用一梁三柱进行超前支护，棚距设置为800mm。具体如图4（a）所示。

架后留巷临时支护区（架后0～200m）：该区域的巷道围岩由于采空区垮落矸石对顶板的摩擦作用，使得该段巷道会受到较大的动压影响，进而致使巷道顶板的压力较为明显。因此，在架后0～200m范围内，顶板需要临时加强支护，该段采用门式钢架进行支护，如图4（b）所示。

图4 临时支护结构示意图

3.2 效果分析

为分析1226工作面采用切顶卸压沿空留巷技术的效果，在留巷内每10m处布置一组巷道表面位移监测站，通过十字布点法对巷道顶底板及两帮的变形规律进行研究分析。根据长期观测能够得出巷道表面移近量—滞后工作面距离曲线图，如图5所示。

根据图5可知，留巷巷道顶底板及两帮变形速率呈现相同的变化趋势。围岩的变形量主要集中在滞后工作面0～100m，该阶段巷道顶底板及两帮变形速率均较大；在滞后工作面100m～200m区域内，巷道顶底板及两帮的变形速率明显降低，相对于顶底板变形量，两帮变形量较小，最大变形量为80mm；在巷道滞后工作面距离大于200m时，巷道顶底板及两帮变形速率已经很小，即能够表明巷道围岩在该阶段基本达到稳定状态，巷道的顶底板最大移近量为400mm，两帮最大移近量为118mm。

图5 巷道掘进期间围岩变形量曲线图

4 结论

根据1226综采工作面的具体地质条件，结合切顶卸压技术的原理，确定将工作面划分为A、B两个分区，切顶高度分别为10m和11m，并分别设计12m和13m长的恒阻大变形锚索安设在切顶位置处，结合工作面具体特征对切顶卸压沿空留巷方案进行具体设计。根据矿压监测结果知，切顶卸压沿空留巷技术实施后，留巷顶底板最大移近量为400mm，两帮最大移近量为 118mm，能够保障巷道围岩的稳定。