工作面轨道顺槽切顶卸压沿空留巷支护技术的应用

黄振兴

（永煤集团股份有限公司顺和煤矿，河南 永城 476600）

1 工程概况

1.1 工作面概况

2108工作面位于21采区上部西翼，工作面北侧2108胶带顺槽（下顺槽）沿FS23断层保护煤柱布置，南临2110工作面（未掘），2108工作面平均煤厚2.43 m，可采储量为44.5万t。2108工作面轨道顺槽（上巷）为沿空留巷巷道，顺槽通过2108轨道顺槽车场、2108轨道顺槽回风联巷分别与21采区运输上山、21采区回风上山（上段）相连，沿二2煤层顶板掘进，顺槽标高-420～-450 m，地面标高+36.8，埋深456.8～486.8 m，预计揭露煤层厚度2.63～0.8 m，掘进方向煤层坡度-4°～+2°，迎面墙左右约8～10°，左高右低，2108工作面回采侧为该巷道低帮侧。2108工作面轨道顺槽设计长度774.8m，轨道顺槽通尺706.5 m处布置2110工作面切眼，留巷范围为通尺16～706.5 m，留巷长度690.5 m，轨道顺槽设计为矩形断面4.6 m×2.7 m。煤层埋深较浅且南侧为矿井二2煤层露头及风氧化带，工作面位于陈四楼始突标高-492.5 m以浅区域。目前，该区域瓦斯含量基本处于3 m3/t以下，瓦斯压力普遍为0 MPa，为防止局部煤层瓦斯赋存异常，施工期间仍需加强瓦斯防治。

1.2 巷道支护设计

轨道顺槽为沿空留巷巷道，具体支护设计如下：

1）顶板：采用“Φ22 mm×2.4 m高强锚杆（HRB500）+M5型钢带+锚索梁+金属网”支护，锚杆间排距为0.7 m×0.8 m；顶板加强支护采用锚索梁，掘进期间顶板加固布置2排间距1.2 m锚索梁，分别位于巷道中心线左侧1.0 m、右侧0.2 m位置，锚索梁采用16号槽钢加工，梁长3 m，一梁三索，梁内锚索间距1.3m，梁端部距离0.8 m，锚索梁内两端使用型号为Φ18.9 mm×7.3 m锚索，中间位置锚索型号为Φ21.6 mm×10 m。

2）帮部：左帮为非回采帮，采用“Φ22 mm×2.4 m高强锚杆（HRB500）+M5型钢带+点锚索+金属网”支护，锚杆间排距为0.8 m×0.8 m，锚索规格Φ18.9 mm×5.3 m，距底板1.6 m（布置在煤层中间位置），间距1.6 m，配0.4 m×0.4 m铁托盘，每根锚索配用2卷MSZ2350锚固剂；右帮（回采帮）锚杆间排距为0.8 m×0.8 m。

2 切顶卸压沿空留巷支护技术的应用

采用切顶卸压+恒阻大变形锚索+36U型钢棚支护的支护方案。通过对顶板实施预裂爆破实现切顶卸压，有效阻断顶板塌落时的应力传递，实现对回采工作面的保护；恒阻大变形锚索用于补强加固顶板，控制顶板的稳固性，充分发挥巷道顶板的自身承载作用；采空区侧配合使用36U型钢棚+金属网支护顶板、挡矸。

2.1 顶板预裂切缝设计方案

2.1.1 预裂切缝孔深

预裂切缝孔深H缝按照公式（1）确定。

式中：ΔH1为顶板下沉量，m；ΔH2为底臌量，m；K为碎胀系数，取值如下页表1所示。

表1 几种岩石的碎胀系数

根据工作面综合柱状图岩性情况，2108轨道顺槽顶板岩石主要为砂质泥岩、泥岩，局部中粒砂岩，砂质泥岩的碎胀系数K取1.22，中粒砂岩的碎胀系数K取1.4，在不考虑底臌、顶板下沉，仅考虑采高（2.43 m）的影响，计算出切缝深度为8.4 m，考虑到煤层顶板岩层条件和成缝率，结合本部矿井施工经验，预裂切缝孔深度设计为8.5 m。

为准确掌握巷道顶板岩性情况，在巷道掘进施工顶板锚索、离层仪期间，加强对顶板岩性的收集工作，进而为顶板切缝孔深度设计提供准确数据，结合巷道不同位置顶板岩性情况，施工相应深度的切缝孔。

2.1.2 双向聚能爆破预裂技术设计

双向聚能爆破技术利用两个炮孔内装填聚能装置装药，具有炸药单耗低、操作简单、预裂成面效果好等优势，在降低炸药单耗的同时，有效降低爆破振动的危害效应，减小对周边围岩的爆破破坏。按照预裂切缝孔的规格（孔径43 mm、孔间距0.6 m、孔深8.5 m）确定双向聚能爆破装药参数如表2所示。采用煤矿许用炸药（Φ35 mm×200 mm），聚能管管长2.0 m/根、单孔放置4个聚能管，单孔装药量试验确定、一般装药长度为2.0 m。

表2 爆破预裂切缝试验方案参数

2.2 恒阻大变形锚索设计方案

恒阻大变形锚索直径为21.6 mm，长度10.0 m，恒阻器长0.5 m，外径73 mm，设计最大允许变形量0.35 m，恒阻值为33 t±2 t，托盘150 mm×150 mm。沿巷道走向布置2排间距为0.5 m的恒阻大变形锚索，煤壁侧使用18#槽钢作为托梁，采用一梁三索布置方式，间距0.8 m，当顶板凸凹不平，当锚索梁不能整体贴实顶板时，可改用“一梁两索”的方式布置；远离煤壁侧采用点锚索布置方式，排距1.6 m，配200 mm×200 mm×20 mm+400 mm×400 mm×20 mm铁托盘，锚索预紧力不小于28 t。在断层影响段，缩小锚索间排距，加密支护。

2.3 挡矸支护设计方案

靠近切缝侧使用单体支柱配合36U型钢进行挡矸支护，每架36U型钢使用2节，搭接长度不低于0.5 m，每节配3个卡缆。单体支柱和36U型钢间距为0.6 m；36U型钢上部打设在π型梁最外端与煤壁之间，利用π型梁抵住36U型钢上部焊接的托盘。单体柱柱头打设π型梁最外端，单体柱柱根紧靠36U型钢打在工36U型钢下部焊接的铁板上，并用适合长度的千斤顶顶紧36U型钢上半部使其紧贴顶板。

紧贴菱形金属网挂设规格2.0 m×1.0 m（网孔70 mm×70 mm）的金属网。上排金属网顶至顶板，并用铁丝连接至菱形网和巷道顶板金属网，下排金属网顶部与上排金属网压茬连接，底部与底板铺设的菱形网连接，为提高挡矸效果，可在36U型钢与金属网间背半圆木。

3 巷道临时支护措施

3.1 超前支护区

超前支护区：主要应用于工作面超前采动影响区，该区域巷道顶板收到采煤影响出现压力增大现象，需要采取超前加强支护措施。使用“单体柱+π型梁”一梁四柱支护，棚距0.8 m。超前支护范围及支护密度根据实际情况调整。

3.2 架后临时支护区（架后0～100 m）

架后临时支护区（架后0～100 m）：架后0～50 m采用“单体柱+超前液压支架”进行支护，巷道断面共设计间距为0.8 m的2排单体柱，2排超前液压支架加强支护；架后50～100 m采用一梁四柱支护方式，布置排距0.8 m的“单体柱+π型梁”，靠近切缝侧使用单体柱配合36U型钢+金属网、菱形网进行挡矸支护，排距0.6 m。

3.3 成巷稳定区（架后100 m之后）

该段区域根据顶底板及两帮收敛、巷道压力显现情况，改用一梁三柱，棚距0.8 m，架后300 m对“单体柱+π型梁支护”进行回撤，保留36U型钢支护顶板、挡矸。

4 结论

顺和煤矿2108工作面轨道顺槽设计应用了切顶卸压沿空留巷支护技术，主要采取了预裂爆破切顶卸压、恒阻大变形锚索加强支护、36U型钢棚挡矸措施，结合巷道临时支护措施。矿压监测结果表明该技术能够有效避免巷道顶板塌落风险，有效改善顶板安全性。