回采工作面切顶卸压无煤柱留巷技术研究

李廷敬

（汾西矿业高阳煤矿， 山西 孝义 032300）

引言

近年来，双向聚能爆破在矿井沿空留巷中逐渐得到推广应用，通过爆破后形成的切缝有效降低采空区覆岩移动对巷道稳定性影响，实现巷道围岩稳定[1-2]。众多研究成果也为切顶卸压留巷技术在矿井中应用推广创造良好条件[3-5]，其中：王亚飞[6]根据5-200 综采工作地质条件对从切顶卸压留巷施工参数进行详细设计，并进行了现场应用，留巷巷道围岩变形得到有效控制；毛怀勇[7]以8820 工作面沿空留巷为工程背景，对切顶卸压留巷技术现场应用情况进行详细阐述。山西某矿生产由于受到地质构造、瓦斯等因素影响，巷道掘进效率较低，生产过程中面临的采掘接替矛盾较为突出。为此，矿井决定在1506 综采工作面采用切顶卸压无煤柱留巷技术，现场应用取得显著效果。

1 某矿综采1506 工作面概况

山西某矿1506 综采工作面开采5 号煤层厚1.5～1.8m，采面设计走向、倾向长度分别为460m、118m，具体顶底板岩性见表1。采面东侧为圈定的1508采面（未采）、西侧为1504 采空区，南侧为采区边界保护煤柱，北侧为采区集中运输、回风以及轨道巷。1506 综采面内煤层储量为9.5 万t，1506 回风巷为矩形断面（宽3.8 m、高2.5 m），采用锚网索支护形式。

2 切顶卸压留巷技术现场应用

切顶卸压留巷需要对留设巷道顶板进行预先爆破，当采空区顶板垮落下沉后，顶板会沿着预先爆破产生的切缝垮落，从而降低覆岩移动对留巷巷道影响，控制留巷巷道顶板稳定。

2.1 切顶留巷工艺流程

在1506 回风巷内采用的切顶卸压留巷技术工艺流程为：

表1 5 号煤层顶底板岩性

1）通过在回风巷顶板布置恒阻锚索提升顶板承载能力及稳定性；

2）施工切顶卸压爆破，从而在留巷边缘顶板覆岩中形成切顶卸压线；

3）在采动影响显著区域内密集布置单体支柱降低采动压力对留巷巷道影响；

4）在留巷巷道采空区侧采用单体、工字钢以及金属网制作档杆墙，避免采空区矸石进入巷道内；

5）对于垮落不充分的区域采用注浆充填或者水泥背实，并在表层进行喷浆降低采空区漏风量。

2.2 切顶留巷支护设计

为了保证切顶卸压留巷围岩稳定，在用恒阻锚索进行补强，采用的锚索规格为Φ21.8 mm×8 300 mm，间排距为1.6 m×2.4 m，采用3-3 布置方式，恒阻值35 t。切顶锚索与采面帮距离为0.6 m，使用的托盘规格为300 mm×300 mm×15 mm，预紧力在28 t 以上。顶支护锚杆为Φ18 mm×1 700 mm，间排距1.0 m×1.2 m，强化支护后的回风巷支护断面见下页图1。

2.3 切顶卸压爆破

待对回风巷提前进行强化支护后，在超前回采工作面40～50 m 距离按照预先设定的切眼爆破孔施工。设计的切顶卸压爆破孔深度在6.0 m，与巷道顶板水平夹角为75°，采用的双向均能管（见下页图2）外、外径分别为36 mm、42 mm，管长1 500 mm。爆破孔间距为0.6 m，一次爆破4 个切顶卸压孔。

图1 强化支护后的回风巷支护断面

图2 双向均能管示意图

2.4 来压期间围岩控制

为了确保采面来压期间围岩稳定，避免采空区内冒落矸石进入到留巷巷道内，用工字钢（2 450 mm）、单体（DZ25-25/100）配合钢筋网组成档矸墙进行支护。在采面后方0～40 m 范围内布置4 排单体，在靠近切缝线侧密集布置2 排单体支柱，柱间距为0.6 m；在采空区后方40～70 m 范围内，回撤巷旁以及巷道中部各布置一排单体支柱。

在工字钢背部布置Φ6 mm 镀锌铅丝制作的钢筋网，网片大小为1.5 m×1.0 m，网孔规格为100 mm×100 mm。具体在切顶卸压留巷不同位置支护情况见图3。

图3 切顶卸压留巷不同位置支护情况

2.5 回采巷道超前支护

超前采面20 m 用单体、π 型梁对回采巷道超前支护，每排布置2 根单体，柱间距为1.0 m，最外侧单体与巷帮间距为0.5 m，同时应采取防倒、防掉技术措施。

3 切顶留巷效果分析

3.1 围岩控制效果

根据设定的切顶卸压爆破参数以及留巷支护参数，1506 回风巷现已留巷超过400 m，采面后方采空区覆岩沿着预先爆破形成的切顶线垮落，对留巷围岩影响较小。1506 回风巷留巷段内顶板保持较好的完整性。经过现场观测，在采面后方25～30 m 范围内留巷巷道顶板最大下沉量为350 mm，巷帮变形量最大为480 mm，布置的单体支护工作阻力为38.2 MPa，为整个留巷过程中围岩变形最大区域。从围岩变形来看，1506 回风巷采用切顶卸压留巷后围岩变形可以满足后续巷道使用需要。

3.2 经济效益

若采用常规方式掘进巷道时成本约为2 200 元/m，采用切顶卸压无煤柱留巷方式时不仅可以回收12 m 护巷煤柱，而且可以缓解采面接替紧张问题。仅从支护、掘进以及资源回收方面来分析，就可为矿井多创造100 万元经济效益。

3.3 现场应用

在1506 回风巷内成功采用切顶卸压留巷技术后，矿井每年可减少约6 000 m 新掘巷道工程量，多开采约23 万t 煤炭。切顶卸压留巷技术具有较为广泛的推广应用前景。

4 结语

1）相对于传统的留巷煤柱保护巷道模式，切顶卸压沿空留巷后可以降低巷道掘进工程量。就1506综采工作面而言，煤炭开采率提升约10.2%；同时切顶卸压留巷后的巷道掘进、支护费用校普通的新掘巷道可以节省1 000 元/m 的成本，可以起到显著的降本增效效果。

2）在实际的切顶卸压留巷过程中，施工的爆破孔应尽量布置在同一平面上，从而提升形成的切缝连贯性、留巷的围岩稳定性。