无煤柱综采工作面沿空留巷支护方案

梁仁智

（大同煤矿集团雁崖煤业公司，山西 大同 037003）

1 概 述

大同煤矿集团雁崖煤业公司三盘区8305工作面设计回采长度为1200m，工作面长度为220m，工作面东部为实煤区，南部为采区边界，西部为盘区大巷，北部为8104运输巷。

为了保证工作面煤柱回采量，减少采空区煤柱遗留量，决定对8305工作面、8305工作面采用无煤柱回采工艺，两个工作面进行沿空留巷，所留巷道为5305巷，沿空留巷断面规格为宽×高=4.8×3.5m，巷道直接顶主要炭质泥岩为主，平均厚度为2.4m，直接顶主要以粗砂岩为主，平均厚度为11.2m。

为了防止8305无煤柱工作面回采过程中，工作面顶板应力传递导致8105工作面顶板出现破碎、冒落现象，削弱顶板应力破坏作用，决定在沿空留巷段进行切顶卸压施工；同时为了提高沿空留巷段围岩承载能力，降低巷道围岩变形量，提高沿空留巷效果，决定对沿空留巷段顶板采取“恒阻大变形锚索支护+巷道临时支护”加强支护措”

2 爆破预裂切顶卸压施工

2.1 切顶卸压技术原理

爆破预裂切顶卸压技术主要是将乳化炸药装安装在具有聚能效应的D型聚能装置中，通过起爆聚能装置中乳化炸药，可使指定方向上的围岩在爆破张力作用下出现张拉断裂；由于聚能装置对围岩的保护作用且爆破能量释放在钻孔深部，钻孔非设定方向围岩受力均匀且保持完整，从而即实现了顶板深处指定方向爆破预裂效果，又避免了顶板破坏作用。

2.2 切顶卸压施工方案

1）5305巷切缝预裂爆破实际效果观察发现，采用逐孔爆破，每10孔为一组，间隔一个孔作为窥视孔，利用YTJ20岩层探测记录仪进行窥视，根据窥视结果，评价切缝效果。

2）聚能管采用最新专利产品D型聚能管，特制聚能管具有对称凹槽，外径为28mm，管长2000mm。聚能爆破采用二级煤矿乳化炸药，将炸药均匀装在聚能管内，爆破孔口采用炮泥封孔，预裂爆破钻孔布置示意图如图1所示；顶板完整处聚能管装药长度为5000mm，若顶板风化或破碎处，适当降低装药长度，一般不应超过4000mm。

3 沿空留巷联合支护工艺

3.1 恒阻大变形锚索支护

为了降低切顶施工对沿空留巷顶板稳定性影响，巷道切顶施工前对5104巷顶板采用恒阻大变形锚索进行加固。

1）考虑到切缝参数及巷道原设计支护方式，同时为避免预裂切缝爆破影响恒阻锚索锚固段的完整性，导致锚固效果不佳，大变形恒阻锚索锚固端应位于坚硬岩层中且超出切缝孔2.0m以上，锚索长度为8.3m，直径为21.8mm，恒阻器长度为0.6m，外径75mm，恒阻值为330kN±20kN，预紧力不小于300kN。

2）5105巷顶板共计施工两排恒阻大变形锚索，锚索沿巷道走向布置，第一排锚索施工在距切顶线0.4m处，锚索间距为1.0m，每6根恒阻锚索用一根BHW-300-5.00型W钢带进行连接，如图2所示。

图2 5105巷恒阻大变形锚索支护断面、平面示意图

3）第二排大变形恒阻锚索与第一排排距为1.5m，第二排锚索间距为2.0m，锚索与顶板之间采用规格为长×宽=0.3×0.3m钢托板进行固定，所有锚索锚固力不得低于200kN。

3.2 巷道临时支护设计

受采动影响，8304工作面在回采过程中沿空留巷段围岩出现不同应力变化区，根据巷道安装围岩变形监测仪监测数据分析发现，工作面回采过程中，5105巷形成三个围岩变形区，分别是超前应力区；架后围岩破坏区；成巷稳定区（架后120m后），所以为了保证沿空留巷稳定性，必须对不同应力区采取有效的临时支护措施。

3.2.1 超前应力区临时支护

由于受工作面回采应力以及巷道开挖残余应力集中作用，在工作面前方30m范围内出现应力破坏区，需对此段进行超前加强支护，根据8305工作面情况，决定采用单体液压支柱进行超前支护。在顶板完好地段，单体液压支柱布置在巷道距回采煤壁1.5m处，排距为1.0m，每排一根。在顶板破碎，裂隙明显增多地段，可在不影响转载机自移的情况下根据现场情况加密支护。

3.2.2 架后围岩破坏区临时支护

1）由于8304工作面回采后，采空区出现垮落，且垮落具有一定时间段，采空区垮落时对架后沿空留巷段产生影响，形成架后围岩破坏区，位于架后架后0～120m范围内，对该区域不仅需加强顶板支护，而且还需进行采空区侧挡矸支护。

2）在架后0～120m范围内，决定采用单体柱+π型梁“一梁三柱”对顶板进行架后临时支护。π型梁长度为3.5m，靠近留巷侧第一列单体柱距切顶线0.6m，与第二列单体柱间距1.0m，第二列单体柱与第三列单体柱间距2.0m，排距1.2m。

3）对采空区侧采用“单体液压支柱（不戴帽）+U型钢可缩支柱紧压菱形网”联合进行挡矸支护，根据巷道高度选用DW28-2500/100型单体柱接顶，U型钢可缩支柱由两节25#矿用U钢组成，上节长为2.0m，下节长1.8m，搭接长度1m，搭接处用两组卡缆固定，单体柱支设沿切缝线布置且与U型钢可缩支柱交替布置，单体柱与U型钢间距为0.25m，如图3所示。

图3 架后围岩破坏区临时支护断面、平面示意图

3.2.3 成巷稳定区临时支护设计

随着8304工作面采空区垮落稳定，在架后120m后沿空留巷段围岩受采动影响逐渐降低，根据顶板离层仪及单体柱活柱量的变化情况，评价该区域顶板的活动情况，可将临时支护“一梁三柱”变为“一梁二柱”，直至单体支柱全部回撤。U型可缩支柱、单体档矸柱、菱形网进行挡矸，根据8301、8302工作面沿空留巷最终巷道成型情况来看，单体档矸柱全部回撤，U型腿隔一回一，保留1m一根，不会造成采空区矸石涌入巷道，巷道断面能够满足行人、通风、运输的要求。

4 实际应用效果分析

1）提高煤柱回采量：8305工作面采用切顶卸压沿空留巷无煤柱回采后，取消了相邻两个工作面之间的25m保安煤柱，共计可回收原煤8.2万t，提高经济效益达8200余万元。同时采用无煤柱回采后减少了巷道掘进长度为1700m，降低了巷道掘进成本费用达2100万元。

2）缓解了采掘接续矛盾：按全区采掘接续安排，两个工作面回采间隔时间应为120天，采用新技术后，间隔时间仅为30天，大大减少了连续采煤间隔时间，保证了采掘接续的正常。

3）提高围岩稳定性：5305巷爆破切顶卸压后可以大大降低围岩支护工作阻力；同时可使集中应力转移到深部围岩，降低沿空巷道围岩应力破坏作用，最大限度地发挥沿空巷道围岩自承载能力；

4）提高支护效果：聚能爆破操作简单易行，切顶效果好，降低了巷内切顶支柱的性能要求；采用联合加强支护后降低了工作面回采集中应力对顶板破坏作用，保证了沿空留巷围岩稳定性。