亿欣矿XV2310工作面无煤柱留巷技术研究

王剑强

（晋能控股集团晋圣亿欣煤业有限公司）

煤炭开采时，若仍采用传统的留设宽煤柱方式护巷，存在煤炭资源回收率低、巷道掘进工程量大、围岩应力集中等问题，给煤炭资源经济高效回采带来制约［1-2］。无煤柱开采技术是保持我国煤炭资源可持续发展的有效战略之一，现场应用时一般只需对顶板进行卸压降顶，利用矿山压力和岩体的碎胀特性，即可实现无煤柱开采［3-5］。以亿欣煤业XV2310工作面无煤柱留巷为工程背景，对现场采用留巷技术进行分析，以期为其他类似情况矿井采面留巷开采提供经验借鉴。

1 工程概况

亿欣煤业XV2310 工作面走向长度200 m，倾斜长度981.31 m，采面回采的15#煤层倾角3°～15°，煤厚平均2.55 m，煤层直接顶为厚度均值8.2 m 的K2石灰岩，直接底为厚度均值2.5 m 的泥岩。15#煤层煤自燃倾向性为Ⅱ类，煤尘无爆炸危险性。XV2310 工作面采高平均2.5 m，单循环进尺0.8 m。

XV2310工作面采用一面三巷（一进两回）的布置形式，具体巷道布置方式见图1。进风巷（XV23101）与东轨道大巷相连，解决工作面进风、运料及出煤问题；工作面回风巷（XV23091 巷、XV23111 巷）分别与南翼辅助回风巷连通，解决工作面回风问题。为提高采面煤炭资源采收率并降低巷道掘进工程量，提出将XV 23101 巷留作下一工作面（XV2311 工作面）的回采巷道。XV23101 巷为矩形断面，宽×高=5.2 m×2.6 m，采用锚网梁组合支护，巷道顶帮采用钢筋托梁作为锚杆支护的组合构件，顶部每排布置4根锚杆（规格为MSGLW-400/20×2 000）、间距×排距=1.5 m×1.8 m，巷帮每排布置3 根锚杆（规格为MSGLW-400/20×2 000），间距×排距=0.9 m×1.8 m；巷道顶板正中位置按照5.4 m 间距布置1 根7.3 m 单体锚索，锚索型号为SKP18-1/1 860。

2 无煤岩沿空留巷技术

2.1 回采巷道补强支护

2.1.1 补强锚索规格

为提高补强支护效率，提出采用普通锚索对XV23101 巷顶板进行补强，锚索索体为φ21.8 mm×1 mm×19 股高强度钢绞线，采用3 支MSZ2360 型锚固剂。锚索长度可通过下述方式确定。

按照切顶留巷顶板稳定条件考虑，锚索的长度应满足［6］：

式中，HF为顶裂切缝深度，m。

预裂切缝深度（HF）临界设计公式如下［7］：

式中，hK为顶板下沉量，m；hG为底臌量，m；K为残余碎胀系数，取1.4；HM为采高，m。

在不考虑底臌及顶板下沉的情况下，取采高2.5 m 时，则采场冒落高度6.3 m。按照切顶留巷要求，悬吊锚索锚固段要位于冒落高度之上，则锚索长度宜≥8.3 m，为保证锚固效果的情况下，锚索长度≥8.3 m，因还需满足锚固段位于稳定岩层的要求，设计取8.3 m。

为此，在XV23101 巷留巷段采用规格为SKP22-1/1 860×8 300的钢绞线锚索进行补强。

2.1.2 补强锚索施工参数

考虑留巷起始位置即XV2310 切眼丁字口处顶板压力较大，将留巷段顶板补强加固段分为2 段，具体如图2所示。

（1）第一段（①～②）补强支护范围为沿空留巷起始位置XV2310 切眼丁字口处，加固长度18.2 m，采用4 列补强锚索，锚索规格为SKP22-1/1 860×8 300，其中第1 列锚索距留巷帮600 mm、排距1 000 mm；第2～4 列锚索布置间距均为1 200 mm，排距2 000 mm，锚索垂直于顶板方向布置，相邻锚索之间用平行于巷道走向的W 钢带连接（W 钢带），W 钢带选用4 600/2 600×280×4 的钢板制作，根据间距加工200 mm×100 mm 的长孔。锚索预紧力不小于290 kN。

（2）第二段补强支护范围为XV2310 切眼丁字口至留巷结束处，顶板用3 列补强锚索，锚索规格为SKP22-1/1 860×8 300，第1 列锚索距留巷帮600 mm，排距1 000 mm；第2～3 列锚索距间距为1 200 mm，排距2 000 mm，锚索垂直于顶板方向布置。第1列相邻锚索之间用W 钢带连接（W 钢带平行于巷道走向），W 钢带选用4 600/2 600×280×4 的钢板制作，根据间距加工200 mm×100 mm 的长孔。选用300 mm×300 mm×20 mm 的蝶形托盘，锚索预紧力不小于290 kN。具体支护断面见图3所示。

2.2 巷道临时支护技术

根据以往现场监测数据，将XV23101 留巷段划分为3 个区：超前支护区（采面前方20 m）、架后维护区（架后0～200 m）和成巷稳定区（架后200 m 之后），不同分区采取不同的支护措施。

2.2.1 超前支护区

均 采 用DW28-250 / 100、DW31.5-200 / 100、DW35-200/100 型单体液压支柱进行超前支护管理，从工作面煤壁向外20 mπ 型钢梁架棚支护，保证一梁三柱；人行道侧距离巷帮800～1 600 mm；非行人侧距离巷帮400～1 600 mm。

2.2.2 架后维护区

在架后0～200 m 范围内，采用单体柱+π 型梁一梁四柱支护及29U 型钢可缩支架+风筒布+金属网挡矸支护，紧跟支架后挡矸。π 型钢梁长度4 m，临空侧端头距离W 钢带中心线100 mm，排距1 m，单体柱距π型钢梁两端间距均为100 mm；第2 根柱距第1 根柱间距为500 mm，第3 根柱距第2 根柱间距为500 mm，第4 根柱距第3 根柱间距为2 800 mm。在巷道切缝帮沿切缝线布置1 排U 型钢可缩支架，间距600 mm，U 型钢内挂钢筋网、菱形网和风筒布，防止矸石窜入巷道及采空区漏风。靠采空区侧由里向外依次为菱形网、风筒布、钢筋网、U 型钢梁。临空侧与顶板、底板连接处采取喷浆方式，防止从巷道两帮和顶、底部向采空区漏风。挡矸柱单节长度取1 900 mm，两腿搭接长度1 000 mm，并采用2 道卡缆连接。U 型钢上腿外表面焊接φ30 mm×500 mm 圆钢，焊接长度200 mm，圆钢插入切顶孔内，U 型钢下腿焊接底座，并放入柱窝内，柱窝深度不低于200 mm。架后维护区具体布置情况如图4所示。

2.2.3 成巷稳定区

工作面成巷稳定区（工作面往后200 m 之后）围岩趋于稳定状态，可将临时支护一梁四柱变为一梁三柱，根据矿压观测的数据分析，再变为一梁二柱，直至单体支柱全部回撤，只保留U型可缩支架及钢筋网进行挡矸。

2.3 切缝孔施工技术参数

2.3.1 切缝孔施工参数

XV23101 巷顶板有2 层厚坚硬岩层，分别为8.2和3.4 m厚灰岩，根据以往的施工经验，切断关键层巷道垮落更充分，卸压及留巷效果更好。为此切缝钻孔应切至第2 层灰岩层，切缝高度14.7 m，但是切缝孔较深时，造成下部坚硬顶板未进行充分预裂，切顶不充分；为实现浅部预裂，保证切顶卸压效果，为提出深孔+浅孔切顶卸压方式。切缝钻孔均向采空区方向倾斜15°，深孔长15.2 m、封孔5.2 m；浅孔长5.2 m，封孔1.7 m；钻孔直径为50 mm、间距300 mm。钻孔布置见图5。

2.3.2 切缝孔装药参数

采用间隔装药结构，BTC-1500型聚能管，外径42 mm，内径36.5 mm，管长1 500 mm。炸药为φ35 mm×300 mm，煤矿许用三级乳化炸药，质量300 g/卷。

深孔（15.2 m）每孔装药量按4.2 kg 装药（14 卷），每孔封孔5.2 m，装药长度10 m，单孔使用6 根1.5 m聚能管和1 根1 m 聚能管，采用3+2+2+1+2+2+2 的装药方式。浅孔（5.2 m）每孔暂按1.5 kg 装药，5 卷，每孔封孔1.7 m，装药长度3.5 m，使用2 根1.5 m 聚能管和1根0.5 m聚能管，按照2+2+1的装药方式。

工作面每天推进度按照7.2 m 计算，则每天需要爆破12个深、浅孔组合。

3 留巷效果分析

在23101 巷按照30 m 间隔布置13 个矿压监测点对留巷段围岩变形、顶板离层等情况进行跟踪监测。

（1）顶板变形量为65～285 mm，两帮收缩量小于220 mm，巷道整体变形量较小。

（2）顶板离层最小为0 mm，最大为213 mm，整体离层值较小。

（3）单体柱活柱缩量最小为0 mm，最大为305 mm，单体柱缩量较小，说明顶板压力较小。

从矿压监测数据分析，在现有的留巷设计参数下，整体留巷效果较好，满足巷道复用要求。

4 结 论

为提高亿欣矿煤炭资源采收率、降低巷道掘进工程量，结合XV2310 工作面现场情况，将切顶应用到XV23101巷留巷中。

（1）在XV23101 巷留巷起始位置切眼丁字口处顶板压力较大，将加固段分为2 段，分别使用4 列、3列锚索（规格为SKP22-1/1 860×8 300）补强，锚索锚固端位于采面冒落高度以上稳定岩层中。

（2）通过以往的施工经验确定采用深孔+浅孔切顶卸压方式，深孔长15.2 m、封孔5.2 m；浅孔长5.2 m、封孔1.7 m，钻孔向回采帮倾斜10°，深孔用3+2+2+1+2+2+2 的装药方式，浅孔用2+2+1 的装药方式，切顶后顶板冒落矸石可充填采空区。

（3）根据矿压显现情况，将留巷段分为超前支护区、架后维护区和成巷稳定区，并分别采用一梁三柱、一梁四柱及挡矸（29U 型钢可缩支架+风筒布+金属网、U型可缩支架+钢筋网）支护。

（4）工程应用后，XV23101 巷留巷围岩变形控制效果较为显著，顶板下沉量在65～285 mm，两帮收缩量小于220 mm，巷道整体变形量较小。XV23101 巷在现有的留巷设计参数下，整体留巷效果较好，满足巷道复用要求。