1226工作面运输巷切顶卸压沿空留巷技术研究.pdf

372020 年第 4 期 收稿日期 2019-11-09 作者简介 张能旺（1985-），男，山西省孝义市人，毕业于东 北大学采矿工程专业，工程师，现从事煤矿生产技术工作。 1226 工作面运输巷切顶卸压沿空留巷技术研究 张能旺 （山西汾西矿业（集团）有限责任公司曙光煤矿，山西 孝义 032300） 摘 要 为保障 1226 工作面切顶沿空留巷技术的顺利实施，通过分析切顶卸压技术原理，将切顶卸压划分为两个区域实 施，切顶的高度分别为 10m 和 11m，结合工作面具体条件对切顶卸压沿空留巷技术的方案进行设计，并通过矿压监测验 证技术方案的效果。结果表明运输巷留巷期间顶底板及两帮最大变形量分别为 96mm 和 118mm，保障了留巷围岩的稳定。 关键词 综采 切顶 沿空留巷 中图分类号 TD353 文献标识码 B doi10.3969/j.issn.1005-2801.2020.04.014 Study on the Technology of Pressure Relief of Top Cutting and Gob Side Entry Retaining in Transportation Roadway of 1226 Working Face Zhang Neng-wang （Shanxi Fenxi Mining Group Co., Ltd., Shuguang Coal Mine, Shanxi Xiaoyi 032300） Abstract In order to ensure the smooth implementation of the technology of cutting top along the empty roadway in the 1226 working face, the cutting top relief pressure is divided into two regions by analyzing the principle of cutting top relief technology, and the height of cutting top is 10m and 11m respectively. According to the specific conditions of the working face, the technical scheme of cutting top and discharging pressure along the empty roadway is designed, and the effect of the technical scheme is verified by mine pressure monitoring.The results show that the maximum deation of the top floor and the two sides are 96mm and 118mm respectively, which ensures the stability of the surrounding rock. Key words fully mechanized mining top cutting gob side entry retaining 1 工程概况 山西汾西矿业曙光煤矿 1226 工作面位于一采 区西翼，工作面主采 2煤层，煤层均厚为 2.85m。 煤层伪顶为 0.4m，直接顶为 4.0m 的粉砂质泥岩， 基本顶为细砂岩，均厚为 5.7m。工作面倾向长度 180.5m，可采走向长度 1562m，采用综采工艺，采 高为 2.85m，沿顶底板割煤。为有效提高 2煤层 煤炭的总体采出率，采用切顶卸压沿空留巷技术， 1226 工作面的运输巷作为留巷巷道，留巷宽 高 4.7m3.5m。 2 切顶卸压技术 采用双向聚能爆破技术对 1226 工作面运输巷 进行顶板切缝。该技术是炸药放置于聚能装置中， 在进行起爆作业时，炸药的爆破力能够在聚能装置 设定的方向上呈现出集中受力，而在非聚能方向上 呈现出均匀受压。当爆破力在聚能方向上的拉应力 超出岩体自身的极限抗拉强度后，岩体便会沿着聚 能爆破的方向进行拉断。 基于众多沿空留巷切顶卸压技术的研究及工程 实践 [1-2]，知合理预裂切缝深度为H缝≥ 2.6 H煤。 1226 工作面所采煤层为 2.85m，得出 H缝7.41m。 具体预裂切缝的深度及角度的参数，通过下式进行 分析 H缝（H煤-ΔH1-ΔH2）/（k-1） （1） 式中 ΔH1- 顶板下沉量，m； ΔH2- 底臌量，m； k- 岩体的碎胀系数，取为 1.4。 当将巷道顶底板的移近量忽略不计时，得出 H 缝7.1m。考虑到岩层厚度的变化情况，综合确定 H 缝7.5m。 382020 年第 4 期 依据所绘制 1226 工作面运输巷侧煤层覆岩分 布，根据确定的切缝孔基准线结合巷道顶板岩性 分布对 1226 工作面进行留巷工程区划设计，将运 输巷划分为 A、B 两个分区。A 区总共 1042m，包 括工作面端头 294m，靠近停采煤柱侧 718m，该 区切顶高度 10m；B 区为剩余运输巷的位置，总 共 550m，切顶高度 11m，切缝孔距巷道回采侧帮 150mm，切缝面与铅垂线夹角为 15，切缝孔间距 初步设计为 500mm。具体 A、B 分区如图 1 所示。 图 1 运输巷道切顶及锚索支护分区图 为有效保障切顶卸压技术的有效实施，通过试 验的方式确定聚能爆破钻孔的封孔长度和装药量。 根据理论和试验结果得出，聚能爆破钻孔的布置形 式如图 2（a）所示。本次 1226 工作面运输巷切顶 卸压聚能爆破作业时，特制聚能管型号为外径 管长 42mm1500mm，炸药采用二级矿用乳化炸 药，炸药药卷规格为 Φ32mm200mm，聚能爆破 钻孔的封孔采用炮泥，设置封孔长度为 2m。在现 场具体实施聚能爆破切顶卸压技术时，通过在爆破 钻孔内部设定位置安设聚能管，然后按照图 2（b） 的方式在单个爆破钻孔内进行爆破作业。装药作业 结束后，可进行区域性的聚能爆破作业。 （a） 炮孔参数试验方案 （b）爆破装药结构 图 2 切顶双向聚能爆破参数示意图 3 沿空留巷方案 3.1 方案设计 （1）切顶方案设计 基于第二部分可知切顶恒阻锚索分为 2 个区进 行， A 区切顶高度 10m，B 区切顶高度 11m。切顶 卸压留巷段需进行横阻锚索加固，锚索长度一般比 切顶高度长 2m。但是在高于切顶线高度 2m 的范围 内，锚索须锚固在稳定的岩层中 [3-4]，若没有稳定的 锚固层，就需要改变锚索的锚固位置。在 A、B 两 个区中，A 区锚索长度 12m，B 区锚索长度 13m。 运输和材料巷及开切眼的切缝孔距巷道回采侧 帮 150mm，切缝面与铅垂线夹角为 15，切缝孔 间距初步设计为 500mm，施工时至少超前工作面 50m，具体距离根据爆破试验确定。切缝钻孔布置 剖面图如图 3 所示。 A 区 B 区 图 3 A、B 分区切顶卸压示意图 （2）恒阻大变形锚索设计 为保障恒阻大变形锚索在切顶留巷中起到重要 的悬吊作用，充分地保障锚索的锚固端，在进行恒 阻锚索长度换算时，一般设计切缝高度 H缝、超高 2m 及锚索外露长度 0.3m 之和为合理的恒阻大变形 锚索的打设长度。考虑到顶板岩层分布、巷道原有 支护参数情况，恒阻锚索设计长度分别为 12.0m（A 区） 、 13.0m （B区） ， 如图3所示。 若考虑外露长度， 须在图 3 的基础上加 0.3m，分别为 12.3m（A 区）、 13.3m （B 区），施工时至少超前工作面 100m，具 体根据矿压显现情况调整。 根据 1226 工作面运输巷原有锚杆索的支护方 式，并结合众多切顶卸压沿空留巷的工程实践结 果，确定锚索与顶板方向垂直布置。1226 工作面 运输巷布设两列恒阻大变形锚索，第一列恒阻锚 索距切缝钻孔 400mm（距回采侧煤帮 550mm）， 排距 1000mm；第二列中线偏实体煤侧 200mm， 排距 2000mm。相邻锚索间用 3mm280mmW 钢 带连接，恒阻大变形锚索选用直径为 21.8mm 的锚 索，在锚索上安设的恒阻器其尺寸为直径 长 度 85mm450mm，设置锚索的预紧力大于 25t， 锚索恒阻器上的恒阻值设置为 32t。 392020 年第 4 期 留巷段回采侧的绞车硐室、材料硐室、排水等 硐室以及切缝线至上帮之间的锚杆、锚索在回采前 进行退锚处理。硐室口及前后 5m 范围内对顶板加 强支护，W 钢带长 2.5m，宽 280mm，第一列切缝 侧锚索的槽钢扩 3 个孔，第二列锚索的 W 钢带扩 2 个孔。 工作面超前 030m该段属于超前支承压力的 峰值区域，该区域矿压显现会比较剧烈，需要采用 有效的加强支护方案保障巷道围岩稳定。根据 1226 工作面回采巷道的具体地质条件，确定采用一梁三 柱进行超前支护， 棚距设置为800mm。 具体如图4 （a） 所示。 架后留巷临时支护区（架后 0200m）该区 域的巷道围岩由于采空区垮落矸石对顶板的摩擦 作用，使得该段巷道会受到较大的动压影响，进 而致使巷道顶板的压力较为明显。因此，在架后 0200m 范围内，顶板需要临时加强支护，该段采 用门式钢架进行支护，如图 4（b）所示。 （a）单体柱支护 （b）门式钢架支护 图 4 临时支护结构示意图 3.2 效果分析 为分析 1226 工作面采用切顶卸压沿空留巷技 术的效果，在留巷内每 10m 处布置一组巷道表面 位移监测站，通过十字布点法对巷道顶底板及两帮 的变形规律进行研究分析。根据长期观测能够得出 巷道表面移近量滞后工作面距离曲线图，如图 5 所示。 根据图 5 可知，留巷巷道顶底板及两帮变形速 率呈现相同的变化趋势。围岩的变形量主要集中 在滞后工作面 0100m，该阶段巷道顶底板及两帮 变形速率均较大；在滞后工作面 100m200m 区域 内，巷道顶底板及两帮的变形速率明显降低，相对 于顶底板变形量，两帮变形量较小，最大变形量 为 80mm；在巷道滞后工作面距离大于 200m 时， 巷道顶底板及两帮变形速率已经很小，即能够表 明巷道围岩在该阶段基本达到稳定状态，巷道的 顶底板最大移近量为 400mm，两帮最大移近量为 118mm。 （a） 两帮变形量 （b） 顶底板变形量 图 5 巷道掘进期间围岩变形量曲线图 4 结论 根据 1226 综采工作面的具体地质条件，结合 切顶卸压技术的原理，确定将工作面划分为 A、B 两个分区，切顶高度分别为 10m 和 11m，并分别 设计 12m 和 13m 长的恒阻大变形锚索安设在切顶 位置处，结合工作面具体特征对切顶卸压沿空留巷 方案进行具体设计。根据矿压监测结果知，切顶卸 压沿空留巷技术实施后，留巷顶底板最大移近量为 400mm，两帮最大移近量为 118mm，能够保障巷道 围岩的稳定。 【参考文献】 ［1］ 王亚军， 何满潮， 杨军， 等.无煤柱自成巷 “短臂梁” 结构特征及变形计算分析[J].中国矿业大学学报， 2019，48（04）718-726759. ［2］ 朱珍，何满潮，王琦，等 . 柠条塔煤矿自动成 巷无煤柱开采新方法 [J]. 中国矿业大学学报， 2019，48（01）46-53. ［3］ 郝亮钧，宫伟力，何满潮，等 . 双根恒阻大变形 锚杆在冲击载荷作用下的理论模型[J].煤炭学报， 2018，43（S2）385-392. ［4］ 何满潮，马资敏，郭志飚，等 . 深部中厚煤层切 顶留巷关键技术参数研究[J].中国矿业大学学报， 2018，47（03）468-477.