镇城底矿切顶卸压沿空留巷技术研究范文

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摘要:以镇城底矿28108工作面为研究背景，结合矿井地质条件对切顶卸压沿空留巷技术进行研究与应用。该技术采用双向聚能爆破技术使巷道顶板按预定方向预裂，充分利用矿井周期性来压沿空切顶，形成对上覆岩层顶板的支撑，降低了对留巷段的应力，通过采用联合支护技术来加强对上覆岩层顶板的支撑，并采用锚网+36U型钢支架将采空区与留巷区隔断。切顶卸压沿空留巷技术在镇城底矿成功应用，提高矿井开采效率，有效解决沿空掘巷顶板难于控制和生产接替紧张的问题，为切顶卸压沿空留巷技术在西山煤电的应用奠定良好基础。

关键词:综采工作面;切顶卸压;沿空留巷;预裂爆破;支护

镇城底矿位于山西古交市西北，井田东西走向6.6km，南北宽2～5km，井田面积16.63km2，矿井设计生产能力190万t/a，属高瓦斯矿井，地质条件中等。28108工作面开采8#煤层，煤层平均厚度1.5m，煤层平均倾角16.5°。工作面位于镇城底矿二采区，工作面水平标高－580m，南为采区下山煤柱，西部为28105工作面采空区，东部为断层保护煤柱，北为工业广场保护煤柱。28108工作面顶板主要以砂质泥岩、细砂岩为主，巷道顶板采用锚网+锚索的支护方式，巷道两帮采用采用18mm×2200mm等强全螺纹锚杆+W钢带+金属网支护。

1切顶卸压沿空留巷技术

28108工作面所采8#煤层，平均厚度3.2m，8#煤层直接顶为砂质泥岩、细砂岩，厚9.06m;基本顶为细砂岩、粉砂岩、泥岩，平均厚度10.8m。

1.1技术原理

切顶卸压沿空留巷技术采用双向聚能预裂爆破技术使巷道顶板按预定方向预裂，充分利用矿井周期性来压沿空切顶，形成对上覆岩层顶板的支撑，降低了对留巷段的应力反应，随着采掘的推进，后方的顶板在应力作用下按预定方向裂缝垮落形成巷帮，通过科学的支护技术实现沿空留巷。

1.2施工工艺

①在工作面切顶卸压预定爆破区30m范围内采用巷内恒阻大变形锚杆(索)+液压支架进行超前支护;②施工切缝孔爆破切缝;③按预定方向进行预裂爆破;④在工作面前50m范围采用液压支架+Π型梁进行超前支护并对巷道的变形情况进行监测;⑤在工作面后50m范围采用巷旁密集单体液压支柱+液压支架+36U型钢支架+锚网联合支护技术进行超后支护;⑥顶板在应力作用下按预定方向裂缝垮落形成巷帮;⑦工作面液压支架自机头向机尾依次抽出并调向，在工作面后100m处采用锚网+36U型钢支架进行联合支护，沿空留巷完成。

2顶板预爆裂技术

在28108工作面50m处点切缝眼眼位布置炮眼进行双向聚能爆破技术使巷道顶板按预定方向预裂，并采用锚网+36U型钢支架将采空区与留巷区隔断切断应力传递途径，降低应力对沿空留巷段的扰动，形成对上覆岩层顶板的支撑作用。双向聚能预裂爆破技术能够很好地保护巷道顶板完整性［1］。

2.1预裂切缝深度的计算由于28108工作面顶板岩层主要为砂质泥岩、细砂岩，岩石的碎胀系数取值见表2。砂质泥岩的碎胀系数取1.2，中硬砂岩的碎胀系数取1.5。在设计中由于煤层变化小较稳定，可不考虑底鼓量、顶板下沉量。仅考虑采动影响和煤层顶板情况、成缝率，将数值代入公式计算出顶板预裂切缝钻孔深度为8m。

2.2双向聚能预裂爆破技术双向聚能预裂爆破技术通过在岩层顶板的裂缝上钻炮孔，采用双向抗拉聚能装置进行装药，保证岩体预裂方向与双向聚能一致。双向聚能爆破利用爆破所形成的聚能流在预定方向切割岩石，在形成裂隙后，通过应力波的扩缝作用增加岩石的裂缝深度及长度，将岩石拉断。鉴于所钻炮孔的岩石已断裂，可降低炸药使用量，由于双向聚能爆破装置对围岩的保护，还可降低对岩体的破坏，所以双向聚能预裂爆破技术即实现对岩体的预裂还保护了巷道顶板［2］。28108工作面巷道切缝孔布置在巷道回采侧巷帮，距巷道回采侧巷帮200mm切缝孔并与铅垂线形成20°夹角，间距为0.8m，深度8m，孔径56mm。采用1.5m特制聚能管，爆破器材使用二级煤矿许用乳化炸药，药卷规格为直径35mm长200mm。将聚能管安装于炮孔中，每孔装5个聚能管，装药10卷，每次正向起爆15个孔。

3巷道支护设计受采动影响工作面

在推进过程中，需综合考虑分区研究采取不同的支护结构和参数。

3.1超前支护区超前支护区指距工作面超前30m的范围内巷道。由于该区域位于工作面超前采动影响区，应采用“π”型梁+单体液压支柱+液压支架进行联合支护，沿巷道倾向布置钢棚，采用“一梁三柱”即一根配型梁下三根单体液压支柱支撑，棚距0.8m，总支护长度保证在30m以上。超前支护单体液压支柱间距1600mm，排距800mm。超前液压支架靠巷道下帮，距巷道中心线300mm，支架间距80mm，支架初撑力应大于15MPa。

3.2超后支护区超后支护区指距工作面后100m的沿空留巷范围内，巷道受动压影响严重该区域巷道顶板压力较大，研究和设计了36U型钢支架+单体柱支护+液压支架进行挡矸支护。单体支柱排距800mm，间距400mm。36U型钢支架必须与切缝孔连线对齐［3］。

3.3成巷稳定区成巷稳定区指工作面100m之后的范围，该区域巷道受采动影响较小较为稳定，巷道顶板下沉量及单体支柱的压力变化小，可将该区域临时支护的单体液压支柱撤掉，只保留36U型钢支架及π型梁进行挡矸。待液压支架撤掉后，在π型梁下加设1根单体液压支柱形成“一梁四柱”的支护结构，支柱布置在巷道下帮，距巷道中心线300mm，初撑力应大于60MPa。

4应用效果

镇城底矿为了验证切顶卸压沿空留巷技术的效果，选取28108工作面对巷道围岩应力进行监测，距工作面60、160、320、600m处分别设置命名1个监测区。

5结语

切顶卸压沿空留巷技术在镇城底矿28108工作面成功应用，减少巷道掘进工作量50%，解决了镇城底矿沿空掘巷顶板难于控制和采掘接替紧张的问题。为后期沿空留巷和双向聚能爆破预裂技术应用提供参考依据。镇城底矿在沿空留巷的支护方面通过采用恒阻大变形锚杆(索)+巷旁密集单体液压支柱+液压支架联合支护技术，与以往砌料石和浇筑混凝土墙相比减少劳动强度和支护维修量。采用切顶卸压沿空留巷无煤柱开采技术消除留设煤柱导致的应力集中现象，有效防治煤与瓦斯突出。同时，采用切顶卸压沿空留巷技术减少巷道掘进量，节约资金130余万元。具有良好的社会与经济效益。

参考文献:

［1］毛怀勇.唐山沟煤矿切顶卸压沿空留巷无煤柱开采技术［J］.煤炭工程，2016，48(8):12－14.

［2］张弘弦.深部松软破碎顶板巷道围岩控制技术［J］.能源技术与管理，2017，42(3):7－9.

［3］李明.爆破切顶与联合支护技术在沿空留巷中的应用研究［J］.能源与环保，2017，39(6):137-144.

作者：康波 单位：西山煤电(集团)有限责任公司