澄合礦業綜采工作麵切頂卸壓沿空留巷實踐與分析
澄合礦業綜采工作麵切頂卸壓沿空留巷實踐與03manbetx
劉永江吳新選
摘要無煤柱開采切頂卸壓沿空留巷技術是指工作麵回采時，對沿空巷道頂板實施超前預裂，在采場頂板周期來壓作用下，采空區頂板沿著預裂麵在巷旁切落，形成對上覆老頂岩梁的支撐結構，達到減小沿空巷道圍岩壓力的目的，有效控製了成巷頂板穩定性。其留巷的成功是巷旁支護，巷內支護和巷外切頂共同作用的結果。
關鍵詞巷內支護巷外切頂切頂卸壓沿空留巷
0引言
巷內支護是留巷成功的內因，巷內支護的最佳方式是采用小變形錨杆錨索支護，巷內支護的穩固點必須達到老頂砌體梁。同時指出，足夠的圍岩支護強度可以弱化巷旁支護。巷旁支護是留巷成功的補充內因，巷旁支護的力學特征是盡可能高的恒阻支撐，巷旁支護的足夠強度可以彌補巷內支護強度的不足並可以弱化巷外切頂。巷外切頂是沿空留巷外因，切落的頂板形成對上覆基本頂岩梁的支撐結構，控製基本頂的回轉和下沉變形，實現卸壓；形成巷幫，隔斷采空區，從而保留工作麵下平巷，實現單麵單巷采掘模式。
1 50107工作麵基本情況
50107工作麵總體位於DD2號簸萁向斜構造區，工作麵北高南低，西高東低，煤層傾向變化較大，傾角在3°～6°。50107工作麵傾斜長度為133m，走向長度為224m。
圖1留巷布置圖
回采煤層是5號煤層，5號煤為黑色，半亮型，由亮煤及暗煤組成，含黃鐵礦結核，煤層厚2.6～5.0m，平均厚3.4m，屬較穩定煤層，一般含夾矸一至二層，下矸較穩定，厚0.2～0.6m，夾矸多為炭質泥岩及砂質泥岩，在5號煤層與K4之間，局部有一層4號煤，厚0.1～0.3m。
2.1巷道支護情況
50107綜采工作麵沿空留巷試驗的目的是將50107工作麵回風巷切頂卸壓沿空留巷，作為相鄰50109綜采工作麵進風巷，其中從開切眼向外130m段（含開切眼）為切頂卸壓沿空留巷段。
切頂卸壓沿空留巷原巷道設計寬度4600mm，高度3200mm，預想留巷寬度4000mm，高度2800mm，支護參數為：頂部錨杆為∅20×3000mm無縱肋左旋螺紋鋼，間排距為700×600mm；錨索四四布置，其中3根∅21.8×8300mm打在2600mmT型鋼帶上，間排距為1200×1200mm，另距鋼帶上左邊錨索950mm處打1根∅21.8×10400mm鎖邊錨索，排距為600mm；非采煤側幫部錨杆為∅20×3000mm右旋等強螺紋鋼，間排距為700×600mm，采煤側幫部錨杆為∅20×2400mm無縱肋左旋螺紋鋼，間排距為800×800mm。如下圖所示：
圖2 50107留巷巷道斷麵支護圖
2.2切頂卸壓沿空留巷工藝簡介
切頂卸壓沿空留巷技術施工主要工藝流程：錨索超前加固支護（掘進時已進行）→施工切頂眼（超前支護）→沿設計切頂線爆破預裂切縫→留巷段加強支護及擋矸→噴漿封閉巷幫（具體視現場頂板垮落及采空區漏風情況而定）。
2.2.1切頂眼打設及爆破（提前施工）
（1）、切頂眼位置為距離鎖邊錨索左側450mm處，眼深7000mm，與水平麵夾角為20°，眼孔直徑為45mm，間距為500mm。切頂眼打設必須成一條直線，3個班打眼，爆破盡可能放到檢修班進行，每次爆破數量不超過10個。
（2）、切頂眼打設完成必須經檢驗合格後方可進行爆破預裂切縫，采用不耦合裝藥，串聯連線正向爆破。
（3）、裝藥時，將∅32mmPVC管一切兩半，管子底部布置3節藥卷，孔間布置2節藥卷，兩者相距3m，用透明膠帶將炸藥及管線固定好，然後將PVC管捅入切頂眼內，孔口封堵1m長度黃土封泥。
表1巷外切頂設計表
圖3切頂眼打設及裝藥示意圖
現場觀測使用鑽孔窺視儀觀察切頂眼孔內爆破效果，如圖4所示，在孔口及孔內部可看出切頂孔之間的裂隙明顯發育，基本能達到預想程度。
圖4切頂眼爆破效果圖
在工作麵回采之前，我們嚐試提前爆破了30m切頂眼，根據現場爆破效果及數據實測03manbetx ，切頂眼爆破對頂板控製並無較大影響，所以，剩下的切頂眼都是提前爆破的。
工作麵回采後，根據采空區頂板垮落情況可以發現，頂板基本能夠沿著切頂眼設計位置垮落，鎖邊錨索齊全完整，無破壞、失效現象。沿空巷旁采空區頂板垮落效果圖如下圖5所示。
圖5沿空巷旁采空區頂板垮落效果圖
1.1.2巷內加強支護
切頂眼預裂爆破前對巷道超前段、機尾三角點及開切眼向後10m段進行架棚加強支護，架棚支護采用3.6m長工字鋼梁+3.5m液壓單體聯合支護，其中右邊梁頭距幫200mm，左邊距鎖邊錨索托盤200mm，一梁三柱，棚距600mm，從左到右第一、二根單體間距800mm，第二、三根單體間距2300mm，其中正常超前支護段不少於27m，後巷的單體棚等100m以後視巷道穩定情況決定是否進行撤離。
2.2.3巷旁支護及擋矸
巷旁支護采用曲線擋矸柱+密集單體液壓支柱+鐵絲網（鋼筋網）聯合支護，曲線擋矸柱采用25U型鋼以及新型充填材料加工而成，間距600mm，分為兩段，一段長3000mm，另一段長800mm，中間采用U型卡纜進行連接固定，要求搭接不少於400mm，上段活柱量程不小於200mm，安裝時利用單體進行操作，曲線柱安裝完成後，將柱旁單體升緊貼頂。
每次打設曲線柱之前，在曲線柱上方鋪設頂網與巷道內頂網相連（搭接不少於400mm），然後在曲線柱老空側順著曲線柱垂下至底板，反向折向采空區不得少於400mm（原設計為工作麵後4架頂梁上方鋪網，經過現場實踐拉架時容易被擠爛、降架時不利於頂板管理，後經過研究決定改為曲線柱上方上網，效果好且安全易操作）。網片采用2600*900mm雙層鐵絲網，搭接不少於100mm，14#鐵絲逢孔必聯，並在鐵絲網與曲線柱之間自底板向上橫向鋪設2000*1000mm的鋼筋網，用於強化擋矸效果，鋼筋網與曲線柱固定在一起，鋼筋網與鋼筋網之間逢孔必聯。曲線柱安裝完成後，在曲線柱中間補打1根單體以加強巷旁支護，單體間距600mm，曲線柱或單體打設必須超前切頂線至少600mm。
2.3.1監測內容
（1）、圍岩變形監測：巷道表麵收斂量和圍岩深部位移監測；
（2）、壓力監測：監測巷內及巷旁單體壓力；
（3）、一個來壓步距監測：監測沿空巷旁一個步距內單體收縮量及壓力，和曲線擋矸柱橫向荷載監測。
圖6測站布置圖
第一測站布置在開切眼後幫位置；第二測站距離第一測站10m；第三測站距離第二測站10m；第四測站開始距離前麵測站15m；共7個測站。
（1）每個測站監測內容
巷道表麵收斂量；圍岩深部位移監測；單體柱荷載監測。
（2）測站監測點布置
圖7測站測點布置圖
（1）、礦壓監測
監測軟件記錄反映4#和5#在距離開切眼後幫35m-50m，在11.04-11.09號之間回采該區段。經由數據曲線圖顯示可得：
a、4#測站布置位置在距離開切眼後幫35m處，其壓力值在前期增長速率大致相同，在11.14號（工作麵回采至60m，測站滯後工作麵25m）增長趨勢趨於穩定，穩定值在33MPa；
b、5#測站布置位置在距離開切眼後幫50m處，在11.23號（工作麵回采至86m，測站滯後工作麵36m）增長趨勢趨於穩定，穩定值在14MPa；
巷道走向各測點收斂反映：
（a）采空側幫在3#-4#區段內，巷旁支護結構少部分彎曲變形較為嚴重，但其餘巷旁曲線柱支護效果良好，成功抵擋碎脹矸石湧入巷道；
（b）巷道頂底板收斂較為嚴重，尤其在5#-7#，頂板下沉量最大有180mm左右，底鼓量最大有550mm，留巷寬度總體保持在3300-4000mm之間，高度在1800-2400mm之間（主要是巷道底鼓比較嚴重）。
3災害防治情況
3.1一通三防
50107工作麵采用Z型通風方式，工作麵風流部分經過采空區進入回風流，導致在工作麵機尾處風流變小，容易造成瓦斯積聚，工作麵配風過大，又會造成采空區漏風加大，因此工作麵計劃配風600m3/min左右。
3.1.1采空區漏風處理
在機頭、機尾架設置擋風簾，擋風簾緊貼機尾架並全部封閉支架側麵，上部接頂，下部接底，每割一茬煤，掛一片風筒布，風筒布必須片片連接嚴密，隨著支架推進不斷往前延伸。待100m留巷基本穩定後，采用噴漿技術對留巷巷幫進行封閉處理。
自工作麵老頂初次來壓後，我們在50107進風巷巷口向裏100m、工作麵70#支架、工作溜機尾向外3-5m、09進風與老切眼貫通點向外20m處分別設置了測風點，觀測周期為3-5天。由於采空區頂板垮落效果較好及采空側設置擋風簾的原因，實測采空區漏風量在36-50m3/min之間，瓦斯濃度在0.02-0.06%之間，一氧化碳濃度在0.25ppm左右，整體效果好於預期。
3.1.2瓦斯防治、防止自燃發火
巷道內在正頭、巷口10m、切眼機尾老空側、切眼回風流10m處、07回風與09切眼交叉點各安設一個瓦斯探頭，隨著采麵推進中間每隔50m再安設一個瓦斯傳感器，不間斷測量巷道內瓦斯情況，並由瓦檢員每班對巷道內瓦斯情況進行人工檢測2次。
在工作麵機尾處設置全斷麵噴霧一道，壓力不小於4MPa，確保噴霧水霧化後有良好的隨風跟隨性；噴霧必須全天不間斷開啟，防止各種作業行為產生的揚塵進入采空區。回采期間采煤機割煤時頂煤必須割完，工作麵遺煤必須清理幹淨，盡量減少（避免）采空區遺煤。
盯麵瓦檢員必須攜帶多種氣體檢測儀（四合一），每班對采空區上下隅角處的CO及溫度情況進行檢測不少於兩次，發現異常立即彙報，由專業人員對異常情況進行檢查03manbetx ，采取措施進行處理。
3.1.3粉塵防治
工作麵割煤期間必須規範使用各轉載點噴霧，皮帶聯動噴霧、支架噴霧及煤機內外噴霧，具體要求：割煤前必須開啟煤機內外噴霧，割煤期間必須正常使用所有噴霧（隻開啟煤機下風側支架噴霧，支架噴霧應至少每5架開啟1架）；工作麵割煤作業結束後必須對工作麵及順槽的浮塵進行徹底清理。
3.1.4防治（排）水
首先采用物探方法探測工作麵範圍內煤層底板不同深度地層的富水異常區和構造異常區，並進行鑽探驗證；采用常規回轉鑽施工底板注漿鑽孔，通過注漿對煤層底板K2層段和奧灰頂板地層進行注漿治理；注漿結束後進行物探複測和鑽探驗證，需要補注時重新安排注漿。
其次，完善防排水係統。由於工作麵整體是南高北低，緊挨1號支架處挖設集水坑安裝兩台30kw及兩台100kw水泵。正常湧水，則用30kw水泵排水，若湧水量增大，及時更換為100kw水泵進行排水。在50107回風巷距離工作麵最近的低窪處安裝兩台18.5kw水泵，經Ф160管路排至50107回風巷與50109切眼交叉點處水倉硐室內；在50107回風巷與50109切眼交叉點處水倉硐室內安裝兩台100kw水泵，經Ф160管路排至501采區回風上山巷道水溝內。正常回采期間，50107回風巷兩台18.5kw水泵隨工作麵回采向裏延伸。
4結論
切頂卸壓沿空留巷是董東礦與西安科技大學的合作項目，後被定為集團公司科研項目。通過在50107綜采工作麵進行的124m切頂卸壓沿空留巷，證明了對於煤層頂板較為完整、構造少、瓦斯湧出量小、采高在3.5m以下、頂底板水不大的工作麵較為適宜。
參考文獻：
【1】、石建軍，師皓宇.沿空留巷礦壓顯現規律模擬研究[M].中國煤炭，2012（10）
【2】、楊棟，陳泉建.穿煤層巷道錨網索支護技術的應用[M].中國煤炭，2014（7）
【3】、邢繼亮，李永亮.大斷麵巷道沿空留巷巷旁充填體受力分析與加固[M].中國煤炭，2013（4）
【4】、郭念波，陳本華.衝擊傾向性煤層沿空掘巷圍岩控製機理研究[M].中國煤炭，2012（9）
