无煤柱切顶留巷工作面快速回采工艺技术研究与实践

无煤柱切顶留巷工作面快速回采工艺技术研究与实践

闻祥义 1；康乐 2；张佳飞 1；杨春鹤 1

（ 1.鄂尔多斯市中北煤化工有限公司 2.鄂尔多斯市东胜区能源局 内蒙古 鄂尔多斯 017000）

摘要：以色连二矿无煤柱切顶留巷工作面为工程背景，对巷道支护参数、工作面动压影响区支护方式进行优化，研究实践确定：巷道顶板采用恒阻大变形锚索（φ21.6×13300mm）支护，回采侧帮部采用玻璃钢锚杆支护，超前动压影响区采用门式支架支护，滞后动压影响区采用门式支架与单体棚双循环的方式进行支护时，工作面能够实现快速回采，平均每日多割煤5刀，确保了高产高效工作面安全快速回采。

关键词：沿空留巷；门式支架；支护方式；快速回采；

我国煤炭储量十分巨大，但煤炭消耗与日俱增，剩余储量逐渐减少[1]，因此，高效快速回采工作面不断成为我国资源开采研究课题，取消煤柱，推广沿空留巷技术成为煤炭资源可持续发展的重要方向[2]。本文以色连二矿为工程背景，对沿空留巷工作面快速回采技术进行实践研究。

1 工程概况

色连二矿主要开采2#、3#、4#煤层，4#煤层工作面12412工作面回风巷采用无煤柱切顶卸压沿空留巷，工作面走向长度为240m，倾向长度为3000m，煤层平均厚度为3.52m，煤层平均倾角为1°，12412工作面设计留巷段长度为2750m，工作面在回采过程中，针对受回采侧帮部锚杆影响、超前动压影响区单体支护效率低下，门式支架搬移效率差，各工序在时间、空间上相互影响，严重制约高产高效工作面快速回采的问题，产量无法得到保障，为保证工作面快速回采，提高生产效率，本文通过理论分析及工程应用的方式对巷道支护方式、留巷段动压影响区支护方式进行优化研究。

2 切顶卸压巷道支护参数优化

2.1巷道原有支护参数

巷道断面为矩形，净宽×净高=5000×3500mm，采用锚梁网索支护，巷道顶板采用锚杆与锚索联合支护：螺纹钢锚杆直径为20mm，长度为2.5m，间距为880mm，每排6根，排距为1m；锚索为直径17.8mm，长度为8.3m，间距为1260mm，每排3根，排距为2m；回采侧的巷道帮部采用玻璃钢锚杆支护，锚杆直径为18mm，长度为2m，间距为750mm，排距为1m；非回采侧帮部采用螺纹钢锚杆支护，支护参数同回采侧帮部锚杆参数。

2.2巷道支护参数优化

煤层顶板为典型的复合顶板，计算得留巷段顶板切缝孔深度为12m，恒阻锚索长为13.3m，直径为21.6mm。

结合巷道原有支护参数，恒阻锚索垂直顶板方向布置，共三列，第一列排距为1m且与回采侧帮部距离为740mm，第二列距帮部2.06m；第三列距第二列1.7m布置，第二列和第三列排距为2m，锚索直径为21.8mm，长度为13.3m。此外，在实体煤侧巷帮补打一列直径为17.8mm，长度为6m，与水平方向呈30°角倾斜向上布设，排距为1m的普通锚索。恒阻器为φ88mm×450mm，恒阻值为33±2t，预紧力不小于25t，图1为恒阻锚索及普通锚索支护设计断面图。

图1 恒阻锚索及普通锚索支护设计断面图

3 动压影响分区支护优化

3.1优化前支护方式

工作面回采按日均15刀，退尺12m时，矿压监测数据表明，工作面受采动影响，根据矿压显现情况可明显的划分为三个区域：Ⅰ为动压超前影响区，在此区域影响长度为工作面前方30m范围内，采用单体铰接顶梁挑棚的方式加强超前支护；Ⅱ滞后临时支护区，此区域长度为工作面后方200m范围内，顶板岩层受基本顶及裂隙带岩层运动，巷道受动压影响较为强烈，因此，在架后0~200m范围内，顶板采用门式支架（共计180架）临时加强支护，门式支架垂直巷道走向布置，排距为1.1m；Ⅲ成巷稳定区，不同分区根据需要采取不同的支护措施。

3.2优化后支护方式

在原支护方式下，受超前支护段单体支护数量多，重量大，作业人员劳动强度大等因素影响，单体挑棚效率低下，门式支架搬运时，受支架搬运车通行时在空间上与单体支护作业人员交叉作业，单体占用作用空间等因素影响，支架搬运效率差，搬运后，留巷段顶板支护效果差等因素影响，工作面日推进仅有15刀，退尺12m，无法满足产量任务要求，无法满足高产高效生产需要，工作面回采过程中，每日平均回采20刀，日进16m，方可满足高产高效需求，因此，需提高工作面回采速度，对巷道不同支护区域进行优化，工作面回采速度加快后，工作面留巷段矿压显现规律表现为，工作面前方40m为超前动压影响区，工作面后方留巷段280m为滞后动压影响区，滞后工作面280m，巷道顶板围岩稳定，不同动压影响区支护方式优化后的支护方案为：Ⅰ超前动压影响区采用门式支架支护，门式支架支护排距为1.5m，解决了工作面快速回采不受单体挑棚效率影响，支护距离短，搬移频率高，安全风险大的问题；Ⅱ滞后动压影响区采用门式支架与单体棚双循环的方式进行支护，门式支架搬移后采用一梁四柱单体挑棚对顶板进行临时支护，支护区域为滞后工作面230m至280m，解决了门式支架搬移后，顶板围岩未稳定，安全风险大的问题，且各作业工序在时间上空间上互不影响，提高了各工序作业效率，减少了工作面回采影响因素，同时，满足了超前支护区和留巷动压区一体化支护需要。

4 结论

对回采工作面巷道支护参数进行优化，工作面巷道回采侧帮补采用玻璃钢锚杆进行支护，巷道顶板采用三列，φ21.6×13300mm恒阻锚索进行支护后，巷道顶板爆破切缝后，顶板稳定性好，能够满足切缝爆破及留巷段稳定需求，工作面无煤柱自成巷效率高，动压影响区支护作业速度快，工作面回采不受巷道切缝顶板影响，为工作面快速回采奠定基础。

经过对留巷段顶板动压影响支护方式进行优化，将原支护方式超前支护区30m采用单体支护，滞后动压影响区200m采用门式支架支护改为超前段门式支架支护，滞后动压影响区采用门式支架＋单体棚循环一体化支护，实现了各支护区时间上空间上互不影响，减少了原有的超前支护区铰接顶梁临时加强支护这道工序，确保了工作面快速回采，在实际操作中，12412工作面最高日回采28刀，退尺22.4米，平均日回采20刀，退尺16m，取得了良好的效果。

参考文献：

[1]张佳飞. 残煤复采综放工作面围岩控制及支架选型研究[D].太原理工大学,2018.

[2]]张佳飞,王开,张小强,魏国帅,王超.蠕变破坏影响下残采煤柱宽度数值

研究[J].矿业研究与开发,2017,37(11):51-54.