煤与瓦斯突出矿井综放工作面沿空留巷技术研究与应用

煤与瓦斯突出矿井综放工作面沿空留巷技术研究与应用

岳勇

（义马煤业集团孟津煤矿有限责任公司  河南孟津 471100）

摘要：本文以孟津煤矿11030工作面沿空留巷工程实践为例，介绍了沿空留巷技术在该工作面中的具体布设以及相关的支护方法，并对沿空留巷的稳定性进行监测分析。根据留巷巷道现场实测，留巷巷道变形量总体控制在200 mm以内，局部地质构造区变形量控制在300 mm以内，无底鼓现象，两帮变形量控制在200 mm 以内，沿空留巷围岩变形控制良好，为矿井留巷复用奠定了坚实的基础。

关键词：沿空留巷；切顶卸压；围岩控制

放顶煤开采因具有单产高、成本低、效益高等优点，在我国山西、河南、内蒙、陕西、新疆等厚煤层赋存量较大的产煤地区被广泛使用，并取得了良好的经济效益[1]。沿空留巷是降低煤炭资源损失的有效途径，在煤与瓦斯突出矿井中有着重要的意义，不但能够减少巷道掘进工程量，降低防突成本，同时能够加快工作面的形成，保证矿井的正常接替[2]。因此，本文以孟津煤矿11030综放工作面为工程背景，对综放工作面沿空留巷技术进行分析研究。

1孟津煤矿11030工作面基本情况

11030工作面位于孟津煤矿东翼11采区，开采二1煤层，西邻11020工作面（未采），东临11040工作面（未采），北侧为11采区浅部未开采区域，南侧为大巷保护煤柱。工作面沿煤层倾向布置，设计走向长度117m，工作面煤墙净长117m，倾斜长度1000m，可采长度892m，总面积104364m2。根据已施工钻孔可知，11030轨道顺槽二1煤层厚3.5m～6.8m，平均厚度5.3m；11030胶带顺槽二1煤层厚3.3m～8.2m，平均厚度5.8m；11030切眼二1煤层厚5m～7.4m，平均厚度5.9m。煤层产状及厚度局部变化较大。预计该回采工作面煤层倾角3°～6°，平均为4°。该工作面顶板岩性为二1煤黑色炭质泥岩伪顶局部发育，松软易碎0m～3.3m； 二1煤层直接顶板为泥岩，厚度0m～2.9m，平均1.7m，较稳定。老顶为灰色-浅灰色中粒石英砂岩（大占砂岩），层面富集云母片，具斜层理，厚8.7m～15.7m，平均12.3m。二1煤顶板发育平整，裂隙基本不发育，相对比较稳定。底板岩性为二1煤层底板主要为泥岩和砂质泥岩，少量为粉砂岩或细砂岩，底板泥岩厚度0m～10m，平均4.6m。老底为泥岩夹细砂岩，其抗压、抗拉强度次于顶板。

2 沿空留巷方案设计

该工作面计划在11030轨道顺槽进行沿空留巷施工，具体为：

（1）11030轨道顺槽概况

11030轨道顺槽设计长度910m，沿二1煤层顶板掘进，施工方位角327°，掘进长度910m，开口前16.7m按方位角9°掘进到位，再按方位角327°掘进893.3m停止。11030轨道顺槽沿空留巷900m。11030轨道顺槽采用矩形断面，锚网索+钢带支护，掘进断面24㎡，掘进宽6000mm，掘进高4000mm。顶部打设7根高强锚杆，锚杆规格φ22mm×2400mm，间排距900mm×900mm；顶部锚索每排4根，锚索规格φ21.8×8000mm，间排距1600×1800mm。顶部采用M5型钢带2根：单根长2900mm，孔距900mm，搭接100mm。

（2）留巷施工方案

①超前切顶区位于超前支护区之前，该区域内巷道尚未受到超前支承压力的影响，在巷道支护的作用下围岩基本处于稳定状态[3]。在超前切顶区内，主要进行顶板补强支护和超前预裂切缝，考虑超前支承压力和工作面生产的影响，超前预裂切缝和顶板补强支护应超前工作面一定距离完成，以免超前支承压力影响顶板爆破和锚索施工。一方面防止超前支承压力影响超前预裂切缝和顶板补强支护施工，另一方面防止超前预裂切缝和顶板补强支护施工距离工作面太近，影响工作面正常生产[4]。

②滞后临时支护区位于成巷稳定区之前、端头支护区之后，该区域内留巷受工作面周期来压影响，顶板动压显现剧烈容易引起顶板下沉，采空区顶板矸石垮落易窜入巷道，因此采取巷帮挡矸防护措施，防止矸石窜入巷道、减小顶板下沉，巷帮挡矸防护、滞后临时支护措施应紧跟工作面端头支架施工。

③成巷稳定区位于滞后临时支护区之后，随着工作面继续推进，当留巷距离工作面较远时，工作面周期来压对巷道产生较小的影响，且采空区内顶板岩层运动基本趋于稳定[5]。

（3）施工顺序

沿空留巷工艺流程：巷道超前区补强加固→超前预裂切缝（切顶眼打设→切顶预裂爆破）→工作面端头管理→滞后临时支护区支护（实体煤侧采空区侧挡矸防护）→沿空留巷支护与端头支护联合布置→完成沿空留巷。

（4）基本支护设计

11030轨道顺槽沿空留巷，采用锚网索（钢带）+液压抬棚+36U型挡矸柱联合支护，设计为矩形断面，宽度5500mm，高度3200mm，净面积17.6㎡。

（5）超前预裂切缝孔设计

①切顶眼施工要求

使用切顶钻车施工，钻孔直径55mm，切顶孔沿轨道顺槽方向煤墙东侧单排布置，轨道顺槽孔位距煤墙

300mm。打设切顶孔时从里向外拉线打设成一排直线，切顶孔间距600mm，孔深12m，轨道顺槽钻孔方向斜向煤壁侧与顶板呈75°夹角。当切顶眼与原巷道顶部的锚杆重合时，切顶眼可以沿巷道掘进方向偏移100mm。

②爆破作业要求

根据现场实际情况，单个孔（12m）深的切顶孔设计装药长度10m，封孔长度为2m，单个孔内安设5节直径42mm×2m的C型聚能管。爆破孔单孔最大装药量16卷（4.8kg），总计最大装药量96kg，装药结构自孔底向外为4--4--3--3--2，炸药直径32mm，长度300mm/个，0.3公斤/个。封孔结构及参数：采用黏土炮泥的封孔方式，封孔段长度为2m，必须保证封堵密实。同时，为了降低同时起爆多个钻孔引起的共振对巷道顶板的影响，每次爆破不超过20个孔。实际爆破过程中，可根据现场顶板情况，适当调整每孔装药量，每孔可减少药量1～3卷。

（6）巷道超前区补强加固

为维护巷道顶板的稳定，在爆破之前应对超前切眼150m范围的巷道进行补强锚索支护，结合11030轨道顺槽实际条件，超前加强支护段20m范围内采用“锚索钢带+单体液压支柱抬棚”进行支护。具体为：11030轨道顺槽在原有巷道支护的基础上超前切眼150m范围，在巷内顺巷道方向预先打设两排锚索+M5型钢带补强顶板支护，钢带长度2000mm，孔间距1800mm，锚索直径不低于21.8mm，采用φ21.8mm×8000mm或φ28.6mm×8000mm进行打设，锚索间排距3200mm×1800mm，与原巷道锚索交错打设，提高围岩的自承能力。

（7）滞后临时支护区支护

采空区侧挡矸防护：①采用“挡风布+钢筋网+挡矸柱”方式背帮；②挡矸网铺设计单层，施工时网挂在挡矸柱里侧，并与顶板网搭接。网片尺寸根据巷高确定，相邻网片搭接不少于100mm。③挡矸柱紧贴工作面支架后方施工，滞后端头液压支架不超过1000mm。④挡矸柱选用两段长度为2500mm的36U型钢制成，搭接长度不低于500mm，采用三副卡缆进行连接，上部卡缆距挡矸柱搭接上沿200mm，下部卡缆距挡矸柱搭接下沿200mm，上下两部卡缆正中安设一副中部卡缆，并用连板将中部相邻两根挡矸柱卡缆进行连锁，卡缆螺丝扭矩200N·m。下部穿鞋插入底板（底板柱窝深度）不低于200mm。扎角不小于75°，挡矸柱间距700mm，成排成线打设。

3 留巷效果检验

为了分析11030工作面轨道顺槽沿空留巷围岩控制效果，对试验段巷道顶板离层和围岩变化量进行监测。顶板离层监测仪安设在巷道的中部或交岔点的中心位置，巷道每100米安装1台顶板离层监测仪。同时，在巷道交岔口、地质构造前后、顶板破碎段等处要安装顶板离层监测仪，并加强监测。根据观测，11030工作面轨道顺槽留巷巷道变形量总体控制在200 mm以内，局部地质构造区变形量控制在300 mm以内，无底鼓现象，两帮变形量控制在200 mm 以内。

4 结论

孟津煤矿煤矿11030综放工作面采用切顶卸压沿空留巷技术后，通过顶板离层监测仪发现，留巷巷道变形量总体控制在200 mm以内，局部地质构造区变形量控制在300 mm以内，无底鼓现象，两帮变形量控制在200 mm以内，沿空留巷围岩变形控制良好，有力的缓解了

矿井掘进衔接的矛盾，减少了巷道采掘量。

参考文献

[1]崔亚仲.神东矿区快速沿空留巷技术研究及应用[J].煤炭科学技术,2014,42（01）

[2]李艳飞，张广杰，王文 . 综放切顶沿空留巷围岩变形特征分析及防治 [J]. 能源与环保，2020，42（02）

[3]段昌瑞，薛俊华 . 深井厚硬顶板预裂切顶技术研究 [J]. 煤炭工程，2016，48（10）

[4]荆俊杰.3216 综采工作面沿空留巷技术研究与应用 [J].山东煤炭科技，2021，39（8）

周宏范，王国普.深部复杂条件下切顶卸压沿空留巷无煤柱开采技术应用研究[J].煤炭技术，2021，40（7）

作者简介：岳勇（1987.07--），男，安徽砀山人，本科学历，中国矿业大学，助理工程师。

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