沿空留巷创新点的剖析及应用
王杜虎
【摘 要】煤炭是我国的主体能源之一。随着煤炭的逐步开采，其可采储量日益缩减，面对这一不可再生资源，势必要做到精采、细采。无煤柱开采有利于减少巷道掘进量、提高资源回收率、缓解采掘衔接紧张局面、提高经济社会效益等。沿空留巷是实现无煤柱开采技术的途径之一。本文通过对沿空留巷关键技术点的剖析，结合矿井的实际条件，提出了预裂切隙断顶＋恒阻锚索补强支护的技术方案，改善了矿井安全生产条件、提高了经济技术指标、科学合理地实现了无煤柱开采。%Non-pillar mining is in favour of reducing the amount of roadway excavation , increasing the rate of re-source recovery , relieving the tension of mining and tunnelling , improving the economic and social benefits and so on . Gob-side entry retaining is one of the ways to realize the non-pillar mining technology .This article analyzes the key technical points in gob-side entry retaining , according to the mine actual condition , puts forward the technical scheme, improves the mine safety production conditions , increases economic and technical indicators , realizes non-pillar mining scientifically and reasonably . 【期刊名称】《山西焦煤科技》
【年(卷),期】2016(040)005
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【总页数】3页(P10-12)
【关键词】无煤柱开采;沿空留巷;双向聚能爆破;恒阻锚索 【作 者】王杜虎
【作者单位】霍州煤电集团有限责任公司，山西 霍州 031400
【正文语种】中 文
【中图分类】TD353
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1.1 定义
沿空留巷即采用一定的技术手段将上一区段的运输巷重新支护留给下一个区段作为回风巷使用。采煤工作面沿采空区边缘维护原回采巷道，使其继续保留下来的做法称为沿空留巷。
1.2 方案的提出
由定义可知，要将上一区段的运输巷供给下一区段作为回风巷安全使用的关键在于如何保留原有巷道，而要保留受采动超前压力影响、采空区垮落影响、顶板承压应力集中的巷道，首先要解决的问题就是切断顶板垮落时的应力传递，使顶板可以较完整地按设计位置垮落，既隔离采空区又形成新的巷帮，保证煤体完整，同时要预先补强原有巷道，控制顶板下沉、减少巷道变形、保证成巷效果。在查阅了相关技术文献、结合相关工程经验的基础上，制定了“预裂切隙断顶+恒阻锚索补强支护”的设计方案。 1) 预裂切隙断顶。
采用双向聚能爆破预裂技术，将特定规格的装在两个设定方向有聚能效应的聚能装置中，并使聚能方向对应于顶板预裂方向，起爆后，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，炮孔围岩在非设定方向上均匀受压，而在设定方向上集中受拉，依靠岩石抗压怕拉的特性，使岩石按设定方向拉裂成型，从而实现顶板按设定方向张拉断裂成线。爆破效果图见图1.
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，使预裂炮孔沿聚能方向贯穿，形成预裂面。由于钻孔间的岩石是断裂的，爆破单耗将大大下降，同时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。
预裂切缝深度(H缝)临界设计公式如下：
式中：
ΔH1—顶板下沉量，m；
ΔH2—底鼓量，m；
K—碎胀系数，取1.3～1.5.
2) 恒阻锚索补强支护。
恒阻锚索由锚索托盘、恒阻装置及锚索钢绞体组成。它的特性为当顶板发生一定变形时，
锚索恒阻体在恒阻装置内发生滑移，产生径向拉伸的变化，以此来吸收变形能，使顶板的变形能得到释放，避免发生锚索断裂、失效等现象。目前的恒阻大变形锚索可以达到恒阻350 kN，变形量控制在1 000 mm.恒阻大变形锚索示意图见图2.
2.1 工作面概况
5-108工作面位于750水平南翼，属单斜构造，沿5煤底板掘进，工作面切巷长240 m，采用长壁式一次采全高采煤方法，全部垮落法管理顶板。
2.2 工程地质条件
工作面揭露煤层厚度为 2.5～3.7 m，均厚3.1 m，属于中厚煤层，工作面范围内含有1～2层夹矸，夹矸多为砂质泥岩。根据工作面揭露断层、裂隙、陷落柱情况，该工作面较为稳定，无陷落柱存在，在掘进过程中揭露1条落差在1～3 m的断层。
2.3 工作面设计方案
1) 预裂切隙断顶设计方案：在不考虑底鼓及顶板下沉的情况下，工作面采高取最大值3.1
m时，设计切缝深度为8.5 m.切缝孔布置在巷帮与顶板夹角处，与铅垂线夹角为15°，切缝孔间距为500 mm.
2) 爆破说明：双向聚能管采用特制聚能管，聚能爆破采用三级煤矿，规格为d35 mm×200 mm/卷，爆破孔口采用炮泥封孔。具体工艺流程如下：
a) 在施工完的爆破钻孔中安装BTC-1500型聚能管，外径42 mm，内径36.5 mm，管长1 500 mm，每钻孔安装3根聚能管，聚能管捅到孔底。
b) 在聚能管中放置矿用三级，装药量以试验结果而定，初定每孔5卷，每个聚能炮孔在装药前，先在巷道内按照爆破装药设计参数从孔底聚能管开始连续装药，并安设和引线，然后将引线穿过第二根聚能管，并将第二根聚能管与第一根聚能管用专用连接件连接，然后在第二根管内开始连续装药并安设引线，重复按照上述方法，依次完成全部聚能管装药，每个聚能管设置一个，未装药聚能管则不需。
c) 孔口用水炮泥封孔，封孔长度不低于1 500 mm.
d) 按照煤矿安全施工操作规程规定设置安全放炮距离，组织爆破工作。t型密封圈
e) 爆破后由设计方组织人员及时对爆破效果进行监测、分析，保证顶板裂缝率在75%以上，对每个炮孔编号，并对每个炮孔在预裂爆破切缝后进行炮孔裂缝评估统计，建立炮孔统计档案。
3) 恒阻锚索设计方案：恒阻大变形锚索垂直于顶板方向布置，共布设2列：第一列恒阻锚索距留巷帮400 mm，排距 1 000 mm；第二列恒阻锚索在巷道中间布置，排距为 3 000 mm.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)。考虑到切缝参数及巷道原设计支护方式，恒阻大变形锚索直径取21.8 mm，长度取10.3 m，恒阻器长500 mm，外径72 mm，恒阻值为33±2 t，预紧力不小于28 t.
4) 工作面支护形式。
设备防尘罩根据上述设计方案，工作面的支护形式分为“超前支护”“超后支护”“稳定区维护”3个区段。
a) 超前支护区。此段巷道位于工作面超前采动影响区，需要超前加强支护。结合工作面现有设备条件，采用单体液压支柱配合“π”型梁进行超前支护，单体支柱采用“一梁三柱”方式垂直巷道布置。超前支护单体液压支柱间距1 600 mm，排距800 mm，根据现场实际情况，中间点柱位置可以适当调整，超前支护π梁与π梁间单体支柱使用硬连接装置连接。
b) 超后支护区。此段巷道位于工作面超后影响区，采空区顶板岩石垮落会对巷道顶板产生一定的摩擦作用，巷道受动压影响明显，顶板压力较大。因此，在架后0～100 m，采用单体液压支柱+工字钢进行挡矸支护。单体支柱排距1 000 mm，单体与工字钢间距为200 mm.
c) 稳定区维护。此段巷道受采动影响很小，顶板下沉量及单体支柱的压力变化很小，可认为该区域已趋于稳定状态，可将临时支护单体撤掉，只保留工字钢进行挡矸。
根据现场实测数据并分析，3个区段的范围分别为：超前支护区(工作面前30 m)，超后支护区(架后0～100 m)和成巷稳定区(架后100 m之后)。
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