高瓦斯长走向切顶卸压沿空留巷成套技术研究

主要完成单位  杜儿坪煤矿

     主要参加人员  李  健 焦治平 李茂林 王俊虎 彭永良 白  杰 张  卓

王君杰 王红良 荣巨晋 白雪峰 王瑞平 陈俊龙 倪  亮 叶义勇 刘  青 董江岩 王  峰 徐海峰 雷翔源 樊吉太 卜祥鹏 张建明

一、项目研究的必要性和重要性

 近几年来，随着煤炭市场的低迷，以井工煤矿长壁开采为主的传统“121工法”面临巨大挑战，开采成本、严峻的安全问题和煤炭资源粗放型开采成为制约煤炭工业快速发展的瓶颈和突出问题。

切顶自动成巷无煤柱开采技术（“110工法”）是在“切顶短臂梁”的理论基础上发明一种新的采煤工法。它不仅可以大幅度降低成本，提高回采率，减弱顶板周期性冲击压力，在安全生产管理、资源节约和降本增效方面具有明显优势。

杜儿坪煤矿年生产能力385万吨，据统计，每年由于顺槽隔离煤柱损失煤量可达到65万吨，这不仅造成严重的资源浪费，而且造成巨大的经济损失。另外，区段煤柱会成为矿山压力峰值区，矿压显现明显，对顺槽巷道的安全性也构成一定威胁。北七盘区是我矿新开发的2#煤盘区，可布置23个工作面，原设计工作面采用“U”型系统，工作面间煤柱储量为180万吨，如果采用切顶留巷无煤柱开采技术，整个盘区将少掘送3万米巷道，多采原煤180万吨，可极大地缓解我矿抽掘采衔接紧张的局面，提高煤炭资源的回采率。

62709工作面切顶卸压自动成巷成套复用项目，成功复用代表着62711轨道巷留巷的成功和对提高矿井的采区回收率、减少巷道掘进量、缓解接续紧张和减少巷道总投入等具有十分重要的意义。

二、详细技术方案和路线

第一步：恒阻锚索加强支护

为了保证切顶过程和周期来压期间巷道的稳定性，在对巷道顶板进行预裂切顶前采用恒阻大变形锚索补强加固。恒阻大变形锚索长度为10300mm，垂直于顶板方向布置，共布设3列，第一列恒阻锚索距留巷帮300mm，第二列、第三列恒阻锚索分别在原有锚索中间位置隔空布置。由于切缝侧顶板变形远大于实体煤侧，因此第一列、第二列锚索排距设置为1000mm，第三列恒阻锚索间的排距为4000mm。第一列恒阻锚索相邻锚索之间用W钢带连接（W钢带平行于巷道走向），恒阻锚索支护图如图2-1所示，巷道支护展开见图2-2。

图2-1  恒阻锚索支护设计

图2-2  恒阻锚索加强支护巷道展开图

第二步：切缝孔及顶板预裂爆破施工

62709工作面最大采高取2.2m，考虑到理论计算结果及顶板岩性情况，预裂切缝孔深度设计为8.0m。切缝孔布置在巷道采帮与顶板交接位置处，与铅锤方向成15°（向采空区方向），间距设计为500mm。根据现场多次多种装药观测，最终确认4连孔爆破，每5孔为一组，4连孔装药(炸药规格Φ35mm×200mm/卷)，一孔观测。装药孔每孔装4根聚能管(聚能管外径为42mm，内径为36.5mm，管长1500mm)，采用3+3+2+1的装药方式，封孔长度为2m。顶板恒阻锚索+W钢带加固后，在保证恒阻锚索超前加固支护≥20m的前提下，按设计参数施工切顶孔，沿工作面推进方向，依次采用聚能管装药的方式进行预裂爆破。

切缝孔布置断面图 2-3

第三步：架后挡矸支护

待工作面推过后，及时在机尾支架后方进行挡杆支护，按照“一梁三柱”方式打设单体支柱，支架后0-50m范围内，单体排距500mm；支架后50-200m范围内，单体排距为1000mm，在靠近采空区侧每两架单体棚子之间布置U型钢可缩支架并铺设钢筋网，单体及U型钢可缩支架必须加设柱靴增加摩擦力，防止支柱及U型钢可缩支架滑动。钢筋网采用?6.5mm的钢筋网，尺寸为1500mm×1100mm，与顶板钢筋网捆扎在一起，钢筋网之间重叠不小于65mm，并用铁丝捆扎。为防止漏风现象发生，采取在钢筋网与采空区之间铺设双抗布，高度取3.4m,上下各超出30cm，超出部分分别固定到顶底板，并进行有效封闭。双抗布搭缝处宽度30cm，固定后亦进行封闭处理。

2-4 架后挡矸支护示意图

第四步：喷浆

待顶板垮落并稳定后（距工作面200m外），对垮落不充分的地方进行填充，整理巷道形状满足使用要求后,进行喷浆处理。

1. 总体性能指标与同类技术或产品的比较和定位

1.   切顶卸压理论

   我矿引进切顶卸压沿空留巷技术。该技术通过爆破定向切缝，切断工作面回采推进后巷道顶板与采空区顶板一定高度内的的物理联系，阻断压力传递，通过支护恒阻锚索，保证在采空区垮落时巷道顶板不垮落，经一系列采空区支护及封闭处理后，完成留巷目的。

2. 恒阻锚索支护理论

   利用恒阻大变形锚索进行补强加固，控制顶板下沉，使所留巷道围岩能够最大限度地发挥自身承载作用，减少巷道变形，保证留巷效果。

3. 切缝充填理论

   该理论利用岩石的碎胀性，预裂爆破一定厚度的顶板，当工作面采过后，工作面上部预裂爆破区域内岩石冒落，充填采出煤炭造成的体积损失，控制老顶变形量，维持沿空留巷顶板稳定。

4. 预裂爆破施工

   该爆破技术是在对比研究多种聚能爆破和定向爆破方法的基础上发展起来的一种新型聚能爆破技术，施工工艺简单，应用时只需要在预裂线上施工炮孔，采用双向聚能装置装药，并使聚能方向对应于岩体预裂方向。爆轰产物将在两个设定方向上形成聚能流，并产生集中张拉应力，使预裂炮孔沿聚能方向贯穿，形成预裂面。由于聚能装置对围岩的保护，钻孔周边岩体所受损伤也大大降低，可以达到实现预裂的同时又可以保护巷道顶板。

1. 推广应用的条件、措施和前景分析及目前应用情况

   1、本技术的应用为阻断矿压传递提供了良好的思路，在保护相邻巷道、保护采区硐室、永久巷道上有良好的推广前景。

   2、本沿空留巷技术适宜2-3m左右厚的煤层进行推广，有很好的经济效益。

   3、通过沿空留巷采用Y型通风，采空区密闭后，对于高瓦斯矿井上隅角瓦斯大的情况得到了非常好的解决。

2. 社会、经济效益分析

   62711工作面回收煤柱:4630万元（多回采原煤11.3万吨，原煤价格410元/吨）；切顶留巷成本：留巷1800米1942万元；新增效益：4630-1942=2688万元

   62709工作面：62709工作面回收煤柱：5442万元（多回采原煤11.3万吨，原煤价格480元/吨；掘送一条巷道：990万元（相邻工作面少掘送一条巷道1800米，成本5500元/米）；切顶留巷成本：留巷1700米*0.9141万元=1554万元；新增效益：5442+990-1554=4878万元）

   我矿在使用切顶卸压自动成巷无煤柱开采技术，可得到约7566万元的效益。