晋华宫矿8714工作面切顶卸压沿空留巷方案设计及应用

张 尧

（晋能控股煤业集团晋华宫矿，山西 大同 037006）

0 引言

晋华宫矿12-2号层307盘区东部为青瓷窑逆断层，南部为305盘区，西部与云冈矿相邻[1]，地面标高约1 232.3～1 291.0 m，井下标高822～876 m，埋藏深度约362 m，煤层赋存稳定，结构简单，8714工作面属矿井+810 m水平，为首采工作面，工作面走向长度1 563 m，倾向196 m，工作面巷道沿煤层顶板掘进，煤层平均厚度6.01 m，平均倾角为5°，属于原生结构煤层，煤层硬度系数为3.0。

1 研究内容

2714巷沿煤层顶板留底掘进，为矩形断面，规格为5 600 mm×4 000 mm，采用锚网索带支护方式，随着工作面的不断推进，基本顶失去支承，出现垮落，因此，在8714工作面回采过程中，采用切顶卸压和沿空留巷技术[2]，将2714巷保留下来作为8712工作面区段顺槽使用，在计划留巷的工作面回采前采用预裂爆破技术，将巷道上方基本顶及以下的岩层切断，使巷道顶板形成短臂梁结构，并采取一定补强支护措施保证顶板稳定。工作面的布置示意图如图1所示。

图1 8714工作面布置图

2 设计方案

2.1 顶板补强支护方案

沿空留巷先后经历掘进动压、超前支承压力、端头压力、周期来压动压和围岩运动压力影响，与常规巷道相比，沿空留巷的压力更大、服务年限更长，因此必须在原有不留巷支护强度的基础上对留巷进行补强支护[3]。对2714机巷切眼至停采线外15 m，共计约1 500 m巷道进行补强支护，在爆破前完成施工，至少超前爆破位置100 m，根据巷道掘进情况，采用锚索排距3 000 mm对顶板进行补强支护。

在原有支护的基础上增加“锚杆+锚索+钢筋梯+钢筋网”支护顶板，如图2所示。具体为：锚索采用规格为ϕ21.8 mm×8 300 mm的钢绞线，间排距2 000 mm×1 000 mm，采用2-2-1布置方式，与顶板原有锚杆对齐，所有锚索垂直顶板布置。托盘规格300 mm×300 mm×16 mm，锚索锚固力在500 k N以上，预紧力300 k N以上；锚杆规格ϕ18 mm×2 000 mm，间排距4 000 mm×1 000 mm，每排2根，与顶板原有锚杆对齐，垂直顶板布置，锚杆托盘150 mm×150 mm×10 mm；钢筋梯采用规格为ϕ14 mm×4 500 mm，排距1 000 mm/2 000 mm；钢筋网采用规格2 900 mm×2 200 mm，6 mm圆钢制作，搭接长度200 mm，其中实体煤帮与帮网搭接，回采帮不搭接。

图2 顶板补强支护示意图

2.2 超前预裂切缝方案

爆破钻孔距巷道中线S≥2 600 mm，施工时应根据帮鼓情况、肩角情况、顶板锚杆位置和钻机施工位置进行调整，具体示意图如图3所示。

图3 爆破钻孔示意图

钻孔垂直巷道中线，倾角为85°，即钻孔方位角270°，仰角85°，钻孔直径为50±2 mm，孔间距500 mm，由于上覆采空区的存在，为防止爆破引起采空区内瓦斯气体爆炸，现场应根据层间距情况、目标切顶高度调整目标钻孔深度，预裂切缝钻孔深度为10.6、9.1、11.6、12.3 m。

选用三级煤矿许用乳化炸药[4]，直径35 mm，长280 mm，重量300 g，计算单孔装药量和药卷数量，其中，单孔装药量分别为4.9、3.8、4.9、5.2 kg，换算成药卷数量分别为15、13、16、17卷。由于工作面顶板坚硬，封孔长度较长会导致浅部未切顶段的坚硬岩层厚度增加，严重影响切顶效果，不利于顶板破断，造成留巷压力增大，暂定8714巷超前预裂切缝封孔长度为2.6～3.8 m，根据现场爆破效果随时进行调整。装药段采用D型聚能管作为载体进行装药，为减小D型聚能管连接次数，避免出现截割聚能管的情况，采用1.5 m和2 m长的D型聚能管配合使用，装药结构按照每部分不超过6卷，根据顶板岩层岩性分布情况合理分配，每部分炸药由一发电雷管引爆，电雷管正向装药，每次起爆的钻孔采用相同段别的电雷管，孔内布置2根连接线，电雷管与该连接线并联连接，孔内所有雷管并联连接，空间通过连接线串联连接，封孔采用黄土炮泥或粘土炮泥进行封孔，每次爆破5～10个炮孔，初期每次爆破5个炮孔，根据现场爆破结果逐次增加一起起爆炮孔数量，具体的装药及封孔结构图如图5所示。

图4 通尺装药及封孔结构图

3 应用效果

在2714巷工作面上进行切顶卸压和沿空留巷方案设计，在工作面回风巷位置进行补强支护效果验证，对比未切顶卸压段如图5所示，和切顶卸压段如图6所示的效果。

图5 未切顶卸压段效果

图6 切顶卸压段效果

从图5、图6可以看出，在未切顶卸压段区域，

4 结论

针对晋华宫矿8714工作面在推进过程中出现的顶板垮落现象，结合工作面的地质条件，提出一种切顶卸压沿空留巷技术方案，具体为：

1）对巷道顶板采用锚杆+锚索+钢筋梯+钢筋网的补强支护方案，并采取超前预裂切缝技术进行补强支护。

2）造成巷道出现变形的主要原因是由于巷道顶部和采空区一侧应力相互叠加而造成的，在采用切顶卸压技术后，叠加应力得以消除，确保了巷道的支护安全。

作者简介：

[1]伍永平，刘孔智，等.大倾角煤层安全高效开采技术研究进展［J］.煤炭学报，2014，39（8）：1611-1618.

[2]唐朝均，盛建发，等.切顶卸压沿空留巷技术在高瓦斯煤层群中部煤层的应用［J］.煤炭工程，2016，48（3）：39-41，45.

[3]冯佩，范胜山，王祥庆.中厚煤层无充填沿空快速留巷方案设计［J］.山东煤炭科技，2017（10）：48-49.

[4]刘伟.切顶卸压技术在岳城煤矿1309工作面的应用[J]．山东煤炭科技，2019（12）：42-44，50．