8105 综采工作面沿空留巷无煤柱开采实践

冯 磊

（吕梁市煤炭产量调控中心，山西 吕梁 033000）

1 工程概况

锦瑞煤业8105 综采工作面位于井田西北部实体煤，东部为8101 工作面，北部为设计的8107 工作面，南部为采空区，西部为矿界。8105 工作面回采长度474 m，面长157 m，开采8 号煤层，厚1.2～3.5 m，平均厚3.09 m，煤层倾角5°～8°，埋深约300 m。8 号煤层一般无伪顶和直接顶（局部发育泥岩直接顶），基本顶岩性为L1 石灰岩，平均厚度3.10 m；底板岩性为泥岩、砂质泥岩，局部为粉砂岩、细砂岩，平均厚度4.50 m。8105 工作面上部有5 号煤层已采空封闭，距5 号煤层平均47.17 m。矿井绝对瓦斯涌出量1.25 m3/min，相对涌出量0.68 m3/t，属于低瓦斯矿井。为降低巷道掘进工程量，提高煤炭资源回收率，在8105工作面运输顺槽进行沿空留巷。8105 工作面运输顺槽沿煤层顶、底板掘进，为矩形断面，净宽5.2 m，净高3.0 m，采用锚杆+锚索联合支护。

2 沿空留巷方案设计

2.1 顺槽留巷关键区段分区

通过分析矿井开采矿压观测数据，结合8105工作面地质情况，根据巷道所受采动影响程度、巷道工程施工情况和巷道所处应力及稳定状态，将运输顺槽巷道划分为超前切顶区、超前支护区、端头支护区、滞后临时支护区和成巷稳定区等5 个区域，如图1 所示。超前支护区为工作面前方50 m 范围，之外为超前切顶区，滞后临时支护区范围不少于200 m。

图1 8105 工作面运输顺槽分区图

2.2 预裂切缝参数设计

（1）预裂切缝角度

理论分析认为工作面采高大于1 m 时，切缝孔与铅垂线角度为10°～15°，本次设计切缝孔角度为15°。

（2）预裂切缝深度

顶板预裂切缝[1-2]主要使顶板垮落矸石充满采空区，支撑上覆岩层，减小其回转变形，从而提高沿空留巷的稳定性，同时切断基本顶岩梁，减少采空区顶板对巷道上部顶板的“拉拽”作用。8105 工作面采煤厚度为3.1 m，采空区底板移近量为0.2 m，顶板冒落岩层碎胀系数取1.3，计算得到预裂切缝孔深度不小于9.5 m。结合8105 工作面实际地质条件，确定切缝钻孔深度为10 m，垂直深度为9.7 m。

（3）预裂切缝孔间距

8105 工作面开采8 号煤层，顶板为石灰岩，属于坚硬顶板，为保证爆破预裂切缝效果，设计预裂切缝孔间距为500 mm。同时，为达到更好的留巷效果，需对8105 工作面切眼部分区域和运输顺槽进行切顶。具体参数：① 初采在切眼外帮顶板施工切缝钻孔，切缝范围为距8105 运输顺槽50 m 内，切缝孔垂直于顶板，切缝线距外帮煤壁500 mm，间距1000 mm，切缝孔直径52 mm，深度10 m；② 运输顺槽切缝孔距工作面帮200 mm，沿巷道顶板平行布置一排，间距500 mm，切缝孔直径Φ52 mm，深度10 m，预裂切缝钻孔与铅垂线夹角（倾向采空区侧）为15°。切缝钻孔布置示意图如图2。

图2 切缝钻孔布置示意图

（4）爆破方式及装药结构

设计采用四隔一装药，即连续4 个切缝孔装药，1 个切缝孔不装药的装药方式。采用D 型聚能管不耦合装药方式，实现顶板精准定向预裂爆破。D 型聚能管外径33 mm，单根长2 m；爆破切缝孔单孔装药量为1.2 kg，封孔长度1 m。

2.3 顺槽巷道补强支护

为了保证切顶过程和周期来压期间巷道的稳定性，需对运输顺槽巷道顶板进行补强加固。结合切缝钻孔参数，设计补强锚索长11.3 m，采用恒阻大变形锚索[3-4]，直径21.8 mm。恒阻锚索补强分为两个区域（如图3 所示）。第一个区域为沿空留巷起始位置的锁口加固区（图中①～②），每排4 根锚索，间距1.2 m，排距1 m，垂直于顶板布置。远离工作面3根锚索采用W 钢带连接，采用树脂加长锚固，预紧力不小于280 kN。第二个区域为沿空留巷中间段加固区域（图中②～③），共打设两列恒阻锚索。第一列恒阻锚索距留巷帮600 mm，排距1000 mm；第二列恒阻锚索距第一列恒阻锚索间距2000 mm，排距2000 mm。第一列恒阻锚索采用W 钢带连接，平行于巷道走向，采用树脂加长锚固，预紧力不小于280 kN。

图3 补强支护示意图

2.4 超前及滞后临时加强支护

根据前述对运输顺槽巷道区域划分，需对超前支护区、端头支护区和滞后临时支护区进行加强支护。采用自循环门式液压支架进行加强支护，排距2000 mm，自工作面前方50 m 至工作面后方200 m范围。在工作面回采过程中，及时分析留巷围岩变形数据，滞后工作面200 m 时留巷围岩变形未趋于稳定，则延长滞后临时支护区域。门式支架如图4。

图4 门式支架支护图

2.5 巷旁挡矸支护

为了防止采空区矸石涌入巷道，需在采空侧巷旁进行挡矸防护[5-6]，采用可缩U 型钢与门式支架相配合。可缩U 型钢间距为500 mm，位于顶板预裂切缝孔位置，将U 型钢支护插入爆破孔里，并埋入底板不少于200 mm；可缩U 型钢采用连接杆件相互连接，在其背部铺设钢筋网，上部与顶板网搭接，下部与底板接触。门式支架单体柱位于两个U型钢之间，与U 型钢配合防护采空区矸石。

3 应用效果分析

3.1 留巷效果分析

在运输顺槽留巷初期200 m 范围布置10 个测点，间隔20 m，之后间隔80 m 布置一个测点，对留巷表面位移、顶板离层、锚索受力及变形、门式支架单体柱受力及缩量和挡矸横向压力进行观测。

（1）巷道表面位移及顶板离层

通过观测分析，在工作面前方约35 m 处巷道围岩变形开始增大，在工作面后方25 m 变形速率激增，至工作面后方约120 m，巷道表面位移增速变缓，逐步趋于平稳，180 m 后变形稳定。顶板离层与巷道表面位移变化趋势基本一致，最大离层为88 mm。

（2）锚索受力和变形量

在工作面后方约20 m 时，补强锚索受力突然增大，之后逐步趋于平稳，最大受力为350 kN。同时，锚索恒阻器出现变形，最大变形量为82 mm。

（3）单体柱压力及缩量

单体柱压力变化情况与锚索受力基本一致，最大下缩量达到95 mm。

（4）横向挡矸压力

工作面后方30 m，横向挡矸压力增大，最大值约1 MPa。

3.2 卸压效果分析

在距运输顺槽50 m 范围内液压支架每隔3 架布置一个测点，共计10 个测点。通过观测分析，正常回采期间工作面支架压力与未卸压侧支架压力相比变化不大，但是周期来压期间，支架压力值明显小于未卸压时，约为未卸压侧支架压力的80%，说明预裂爆破达到切顶卸压的目的。

4 结语

沿空留巷无煤柱开采是实现煤矿绿色高效开采的重要途径之一。结合8105 工作面地质条件，分析了预裂切缝、补强支护、临时支护及挡矸支护的技术参数，实现了8105 工作面运输顺槽沿空留巷，有效提高了矿井煤炭资源回收率，提升了矿井经济效益，为矿井今后推广沿空留巷无煤柱开采提供了参考借鉴。