忻州窑矿8318 无煤柱工作面开采技术研究

孙 伟

（晋能控股煤业集团忻州窑矿，山西 大同 037001）

随着煤炭资源的不断开采，忻州窑矿煤炭资源逐渐趋于紧张，在以往煤炭开采过程中会预留较大的煤柱，直接影响了矿井的回采率。基于此，在8318 工作面采用了切顶卸压沿空留巷技术，不仅缓解了采煤工作面的紧张衔接局面，而且还降低了生产成本及掘进率，保障了工作面的安全高效回采[1]。

1 概况

忻州窑矿8318 工作面与8320 工作面设计为无煤柱开采工作面， 2318 皮带顺槽巷6 m×3.5 m 的矩形断面，5318 回风顺槽为4 m×3 m 矩形断面，5320 回风顺槽为4.4 m×3.5 m 矩形断面，采用锚网索支护形式。两个工作面共采用3 条巷道，共用2318 巷，沿空留巷期间采用“Y”型通风工作面示意图如图1。

图1 14-3#层303 盘区8318-8320 无煤柱工作面示意图

8318 工作面采用综合机械化后退式倾斜长壁采煤法，使用MG400/930-WD 型号采煤机，ZZ8500/20/40 型液压支架，工作面煤厚约为3.5 m，循环进度0.7 m，采用自然垮落管理采空区顶板。

2 切顶留巷顶板预裂爆破设计

2.1 预先施工切顶孔

2318 巷沿空留巷段，切顶孔朝向巷道采煤帮，距采煤帮100 mm，设计方向与顶板的夹角为75°～85°，孔径设计50 mm，孔深为8.5 m，孔间距设计300 mm，与2318 巷平行，施工至8318 工作面停采线。工作面炮孔布置示意图如图2。

图2 8318 工作面炮孔布置示意图

2.2 爆破施工

（1）孔内装药。利用专用的聚能管进行装药，聚能管的外径42 mm，长度1.5 m，炮孔深度8.5 m，使用4 根聚能管共计6 m。聚能管内装有水胶炸药，炸药的规格为Ф35 mm，L300 mm，装药量采取“4+4+4+3”的方式（即第一根聚能管内装4 个药卷，第二根聚能管装4 个药卷，第三个聚能管装4 个药卷，第四根聚能管装3 个药卷），如图3 所示。根据预裂的效果，合理选择钻孔间隔并装药爆破[2]。

图3 切顶爆破装药图及方案

（2）封孔方式。聚能管外部封孔2.5 m，采用装袋封孔剂，其规格为Ф42 mm，L200 mm。在进行封孔之前需要将袋装封孔剂浸水30 s 左右，并利用炮棍将袋装封孔剂放入孔内预定位置，直到封孔工作结束。

（3）联线起爆。等封孔水泥充分膨胀凝固后（时间约20 min），再连接导爆线和雷管，待所有人员撤出后，进行每次三孔起爆作业。

3 沿空留巷补强支护设计

通过对8318 工作面运输巷的围岩应力及支护措施进行分析，结合矿压显现情况，决定在原掘进支护基础上实施两排补强锚索。第一排补强锚索在2318 巷距采煤帮600 mm 处，采用“JW 钢带+锚索+钢托板”补强支护，规格为：锚索Ф21 mm，L9.5 m，JW 钢带为3400 mm×330 mm×6 mm，钢带间不留间隙，相邻钢带间两眼互叠在一起并用锚索连为一个整体，相邻钢带相互搭接400 mm，钢带平行巷道走向，以提升顶板的整体强度。第二排补强锚索为2318 巷距第一排补强锚索1.2 m 处，距采煤帮1.8 m，补强形式与第一排补强锚索一致。

4 工作面回采及支护形式

4.1 超前临时支护

2318 巷超前支护距离为50 m，采用“DW40 一300/110X”单体液压支柱进行支护，支护形式为“三梁三柱”，排距为0.8 m，每根单体液压支柱配合使用0.8 m 长的π 型梁，防倒防坠装置配备齐全有效。

4.2 挡矸支护

（1）工作面采位156～210 m 支护方式

为了进行新工艺的试验及应用，8318 工作面推进至采位157 m（开始留巷段）至采位210 m，2318 挡矸支护采用“金属网+沙袋墙+29U 型钢+单体液压支柱”联合支护[3]，如图4。

图4 2381 巷挡矸支护及架后支护平面图（mm）

金属网：提前吊挂，吊挂至1#支架前立柱边上，起到临时挡矸作用，金属网采用8#菱形金属网，规格为5.1 m×1.7 m，及时用14#铅丝将菱形网上端与原巷道菱形金属网捆扎牢固，金属网边搭接为0.1～0.2 m，下端金属网垂至巷道底部。

沙袋墙：工作面推刀后（一般情况推两刀约1.4 m）将采煤机停机闭锁，在吊挂金属网区域垒沙袋墙，沙袋墙厚1 m，高3.5 m，每米使用6 根1 m短锚杆配4 根1.5 m 短钢带进行加固。

29U 型钢：在垒好的沙袋墙边，使用29U 型钢进行挡矸，使用2 节2.1 m 长29U 型钢组合成3.5 m 长使用，每组29U 型钢配一个底座，底座上放置1 根单体液压支柱，29 型钢支护间距为0.5 m。

（2）工作面采位推进至210 m 后支护方式

8318 工作面推进至采位210 m 后恢复正常支护方式，2318 挡矸支护采用“金属网+水泥毯+金属网+29U 型钢+单体液压支柱”联合支护。

水泥毯：工作面推刀后（一般情况推两刀约1.4 m）将采煤机停机闭锁后开始吊挂水泥毯，水泥毯规格为4 m×1.6 m，短锚杆进行吊挂，短锚杆规格为Φ20 mm，长0.6 m，锚杆间距为0.8 m。水泥毯边搭接为0.1 m，下端垂至巷道底部。

金属网：共挂两层金属网，第一层金属网与水泥毯同时吊挂，第二层金属网挂在留巷侧，金属网采用8#菱形金属网，规格为5.1 m×1.7 m，并及时用14#铅丝将菱形网上端与原巷道菱形金属网捆扎牢固，金属网边搭接为0.1～0.2 m。

29U 型钢：在垒好的沙袋墙边，使用29U 型钢进行挡矸，使用2 节2.1 m 长29U 型钢组合成3.5 m 长使用，每组29U 型钢配一个底座，底座上放置1 根单体液压支柱，29U 型钢支护间距为0.5 m。沿空留巷挡矸支护支设完成后，需对该区域进行喷浆处理[4]。

4.3 架后临时支护

（1）工作面采位156～210 m 支护方式

2318 巷架后临时支护采用“四梁四柱”支护方式，第一排单体液压支柱距沙袋墙0.5 m，第二排与第一排，第三排与第二排的间距各为0.8 m，第四排与第三排单体液压支柱间距为2 m，配合使用0.8 m 长的π 型顶梁，柱距为1 m。

（2）工作面采位推进至210 m 后支护方式

2318 巷架后临时支护采用“四梁四柱”的支护形式，第一排单体液压支柱距水泥毯1 m，第二、三排间距为1 m，第三与第四排支柱间距为2 m，配合使用0.8 m 长的π 型顶梁，柱间距为1 m。

8318 工作面回采完成后，通过红外线巷道移近量观测、顶板离层仪观测、单体液压支柱测力计、锚杆锚索应力计、顶底板围岩位移监测、充填体液压枕等综合观测，可得巷道稳定性良好，可对成巷稳定区域的单体进行分区域回撤。

5 结论

（1）切顶卸压自动成巷无煤柱开采技术的应用，减少巷道掘进进尺，缓解了采掘衔接紧张局面，降低了采掘比。工作面采用一进两回“Y”型通风，有效解决了工作面上隅角瓦斯超限的问题。

（2）2318 巷切顶卸压自动成巷，阻断顶板应力传递，有效减小矿山压力显现，避免留巷巷道受采空区顶板应力传递造成巷道变形较大的问题，工作面周期来压强度明显减弱。

（3）减少煤柱损失，提高回收率。相比大煤柱开采多回收20 m 煤柱，多回收煤炭资源1.9 万t，增加效益760 万元。在掘进施工中，比一些小煤柱工作面少掘进1 条巷道，极大地节约了成本。