综采工作面沿空留巷支护技术应用

刘 洋

（大同煤矿集团雁崖煤业公司，山西 大同 037001）

1 工作面概况

大同煤矿集团雁崖煤业公司8304工作面位于井田三盘区北翼。工作面东西布置，东部为井田边界，南部为实煤区，西部为三条盘区大巷，北部为8305工作面。如图1所示。

图1 8304无煤柱工作面平面布置示意图

8304工作面设计走向长度为1300m，倾向长度为220m，回采煤层为二叠纪下统山西组4#煤层，平均厚度为3.5m，煤层结构复杂，含多层矸石（总厚度为0.9m），煤层不稳定，易破碎。

为了提高工作面回采率，决定对8304、8305工作面采取无煤柱回采工艺。首先由机掘一队在三盘区皮带巷开口施工8304运输顺槽（2304巷），巷道施工到位后按设计拐弯施工8304工作面切巷，施工到位后施工回风顺槽（5304巷），施工到位后与盘区回风巷贯通，形成通风系统。然后从距5304巷210m处南侧皮带巷开口施工2305巷及8305工作面切巷，到位后与5304巷贯通，5304巷为沿空巷道。

由于8304工作面地质构造复杂，煤层不稳定，为了防止8305工作面回采期间及采空区垮落过程中造成沿空留巷段顶板冒落等事故，决定对沿空留巷顶板采取松动爆破预裂切顶施工，并采取“恒阻锚索+支设T型钢棚+迈步式W型锚索吊棚”联合支护措施。

2 松动爆破预裂切顶施工工艺

8304工作面直接顶主要以炭质泥岩为主，厚度为2.2m，回采后完全垮落；基本顶主要以粉砂岩为主，岩体厚度为8.4m，岩体普氏系数f=5.5，岩体硬度大，回采后难以及时垮落，易形成暴露悬顶。所以为了加快工作面回采后直接顶垮落，切断工作面应力传递现象，达到卸压目的，决定在8305工作面回采过程中，对沿空巷（5304巷）进行松动爆破预裂切顶施工。

2.1 施工原理

松动爆破预裂切顶主要是对切顶处施工爆破孔，并在爆破孔内安装聚能管，聚能管上设置聚能槽或聚能爆破孔，通过聚能管内炸药起爆时产生的聚能爆破冲击波，实现岩体定向爆破预裂的效果。由于乳化炸药在压缩性较小的聚能管爆破时爆破能量主要以动能进行释放，并按指定方向形成高能流，有效避免了传统爆破孔爆破时出现的能力分散现象。预留爆破效果主要取决于爆破岩体硬度、爆破炮孔深度、装药量、炮孔间距等。

2.2 施工工艺

（1）5304巷顶板聚能爆破孔施工在距8305工作面煤壁0.1m处，爆破孔沿巷道走向且直线布置。钻孔直径为43mm，钻孔深度为6.0m，钻孔间距为0.8m，钻孔向采空区方向以75°斜角布置。

（2）钻孔施工完后对钻孔内安装三根孔状聚能管，每根孔状聚能管长度为2.0m，直径为40mm。聚能管两侧均匀布置6个圆孔，圆孔直径为10mm，孔间距为0.4m，相邻两根聚能管采用方形塑料连接套连接。聚能管安装后保证侧面孔在水平面上沿巷道走向布置。

（3）聚能管安装后对钻孔内填装矿用三级乳化炸药，单卷装药量为300g，每个爆破孔内填装8支药卷，装药量为2.4kg。同时对每个钻孔内安装一支毫秒延期电雷管，且采用正向装药方式。

（4）装药完成后对炮孔采用黄泥进行封孔处理，封孔长度为2.0m，封泥段与装药段间隔0.5m空气柱。爆破时每次允许爆破炮孔数量不得超过3个，当巷道爆破切顶长度达10m时停止爆破，保证巷道爆破长度超前工作面煤壁5～10m范围内。

3 沿空留巷联合支护措施

为了保证8305工作面回采过程中降低采动对沿空巷顶板稳定性影响，防止8305工作面采空区岩体涌入沿空巷，决定沿空巷采取“恒阻锚索+支设T型钢棚+迈步式W型锚索吊棚”联合支护措施。

3.1 恒阻锚索施工

（1）沿空巷顶板施工恒阻锚索长度为8.3m，直径为21.6mm，恒阻锚索施工在距切顶线0.5m处，锚索间距为1.0m，锚索垂直顶板且沿巷道走向布置，采用加长锚固形式。每根锚索采用一支MSK23/35型和两支MSK23/60型锚固剂进行锚固，锚固长度不得低于1.5m。

（2）锚索锚固后外露长度控制在0.3m范围内，同时每两根恒阻锚索安装一根10#槽钢。槽钢长度为1.2m，槽钢平面与顶板接触，槽钢安装后采用锁具进行预紧。如图2所示。

（3）在进行恒阻锚索施工前必须安装锚索施工导向线，并进行锚索定位，保证百米范围内锚索施工后水平直线与切顶线平行。

3.2 迈步式W型锚索吊棚施工

（1）沿空巷顶板施工的锚索吊棚主要由18#“JW”型钢梁及锚索组成，钢梁长度为3.0m，宽度为18mm，距钢梁两端0.6m处各焊制一个锚索穿孔，孔径为25mm。锚索采用长度为5.0m、直径为17.8mm预应力钢绞线，共计两根。

（2）为了防止钢梁对顶板切顶破坏，顶板“JW”型锚索吊棚采用“四.三.四”走向迈步式布置方式。即第一组共计施工四排锚索吊棚，锚索吊棚沿巷道走向布置，吊棚间距为2.0m，第一排钢梁距切顶线间距为1.0m。

（3）第二组共计施工三根锚索吊棚，且施工在第一组相邻两排锚索吊棚间隙处与第一组交错布置，交错距离为1.0m。第三组锚索吊棚与第一组布置方式相同，如图2所示。

3.3 支设T型钢棚

为了防止8305工作面采空区有害气体及煤矸石涌入沿空巷，决定对8305采空区侧支设“T”型钢棚进行挡矸护顶。

（1）“T”型钢棚高度为3.5m，顶梁长度为1.0m，钢棚顶梁沿巷道走向布置，钢棚支设间距为1.0m，钢棚支设在距切顶线0.3m处。钢棚支设完成后在相邻两架钢棚之间采用五组拉杆进行固定，拉杆采用长度为1.0m、直径为30mm圆钢制成，拉杆间距为0.7m。

（2）“T”型钢棚支设完成后，在钢棚上一次捆绑8#铅丝金属网，网规格为长×宽=6.0m×1.2m，金属网与钢棚之间采用五花方式捆绑，金属网铺设完成后再铺设风筒布。8304工作面在回采过程中随着沿空巷甩入采空区，依次回收T型钢棚。

图2 8304工作面沿空巷顶板联合支护平面示意图

4 效果

（1）8304工作面沿空留巷段采取松动爆破预裂切顶施工后，有效阻断了8305工作面回采应力传递，实现了卸压作用，避免了工作面集中应力对沿空巷顶板垂直破坏作用。同时，预裂爆破后对坚硬基本顶起到定向预裂作用，8305工作面采空区垮落时实现了切断性垮落，避免了8305采空区顶板垮落时，造成沿空巷顶板剪拉破坏。

（2）通过对沿空巷采取联合加强支护措施，提高了沿空巷顶板稳定性，有效阻止了8305工作面采空区煤矸及有害气体涌入现象，保证了8304工作面无煤柱回采施工安全。沿空巷采取联合支护措施后，8305工作面回采时对顶板稳定性影响小，巷道位于采空区侧顶板出现局部下沉现象，最大下沉量控制在0.12m以下，巷道内未出现瓦斯超限现象。