白耀宗

（太原正越工程设计有限公司，山西 太原 030000）

引言

结合传统的井下回采作业来看，会使用留煤柱的工艺进行回采，不过在受到围岩载荷大的影响后，极容易出现煤柱变形的问题，进而引发严重的冲击地压问题和瓦斯事故，不仅会威胁到生产的安全性，也会在煤柱应用下造成资源浪费。针对当前普遍应用的沿空留巷技术而言，可以取消保护煤柱的应用，在其具有的支护方便和强度可控下，可以在避免资源浪费下，提高开采的安全性，因此有必要对切顶卸压沿空留巷技术进行研究。如何做好该技术的应用，也成为很多煤矿企业需要考虑的问题。

1 8216 综采工作面概况

以某矿井8216 综采工作面为例，其具体位于井下三采区东侧，主要开采煤层为3 号煤层。具体在煤层基本参数中，该煤层厚度在2.3～2.9 m 之间、埋深在495 m 左右、倾角在3°～7°之间；具体在煤层结构中，该煤层的老底为粉砂岩层（厚6.5 m）、下部直接底为泥质粉砂岩（厚10.3 m）、老顶为中粒砂岩层（厚13.3 m）、上部直接顶为泥质粉砂岩层（厚4.7 m）。

在8216 综采工作面中，作业面倾向长度185 m、走向长度1 665 m，且通风方式为U 型通风；在回采巷道设计中，采用矩形巷道，具体尺寸为宽×高=5 400 mm×2 700 mm。结合该综采工作面的生产需要，为了改进作业面采掘交替的紧张局面，同时提高煤矿的回收效率，需要在回采巷道内使用切顶卸压沿空留巷技术[1]。

2 切顶卸压技术原理

在回采巷道进行切顶卸压技术应用时，会在轨道巷道应力较为集中的区域或者悬顶区域进行定向聚能爆破，进而实现切顶卸压的效果。通过有效的切顶卸压可以有效消除悬顶现象，同时降低沿空留巷顶板悬臂梁所承受的旋转变形压力和荷载力，当巷道中岩梁传递给巷内支护和巷旁的载荷较小时，便可以保证巷道具有良好的力学环境，支持煤矿回采工作的高效率、安全进行。其中沿空留巷悬顶和沿空留巷预裂爆破切顶卸压的效果，可以分别参考图1-1、图1-2[2]。

图1 悬顶及预裂爆破切顶卸压的效果

3 切顶卸压沿空留巷技术方案研究

3.1 工艺流程分析

在进行切顶卸压沿空留巷技术应用中，工艺流程有以下几点[3]：第一，在回采巷道的超前作业面中，需要对一次回采侧进行切缝钻孔施工，使留巷道顶板可以结合预先设计的方向实现连续切缝的产生；第二，随着回采作业的持续进行，采空区的顶板会在上部岩层压力下沿着切缝垮落；第三，采空区内的垮落岩层会在挡矸支护的作用下变为留巷段巷帮。具体的施工工艺下面进行详细阐述。

3.2 巷道超前支护

在8216 综采工作面中，最开始采用锚网索联合的支护工艺，不过为了提高留巷段中顶板的稳定性，需要在一次开采侧对顶板进行锚索补强支护，具体要用长8 000 mm、直径21.6 mm 的钢绞丝锚索，且布设排距控制在1 000 mm 左右。需要注意的是，补强锚索需要配套使用预应力钢托盘，具体尺寸为300 mm×300 mm×16 mm，在开孔与煤壁相隔600 mm 下使用BHW 型钢带完成对锚索支护的再强化。

3.3 切顶爆破钻孔

在进行切顶卸压沿空留巷技术中，切顶爆破钻孔技术较为关键，需要关注以下几个方面：第一，在位置选择中，需要在巷道一次回采侧，同时与巷帮相隔600 mm 的位置借助锚索钻车进行切顶爆破钻孔施工，且单个钻孔的直径、深度、倾角和间距分别为50 mm、8 000 mm、70°和600 mm；第二，在材料选择中，结合爆破作业的需求，该井下作业选择的二级乳化炸药，在单个药卷参数上，直径和长度分别为35 mm、180 mm，同时切顶爆破中钻孔内的炸药装药长度需要控制在5 m 左右、封孔长度在3 m 左右，整体装药方式选择不耦合间隔式，具体可以参考图2；第三，在进行装药作业中，需要由专业的人员负责，确保各个药卷之间由导爆索相连，并且合理控制单次引爆钻孔的数量，最后展开爆破钻孔作业。

图2 孔内装药结构

3.4 加强架后支护

为了提高回采的安全性，需要在巷道端头支架的后方200 m 范围中，通过单体液压支柱、切顶护帮支架和11 号工字钢梁对巷道顶板进行临时性的补强支护工作，一般在滞后作业面200 m 且确保顶板具有良好稳定情况下再对临时的支护设备进行全部回撤或者间隔回撤。架后加强支护可以参考图3，在进行具体支护工作中还需要留意以下方面工作：第一，控制切顶护帮支架和巷帮的间距为500 mm，同时要求作业阻力大于24 MPa；第二，控制单体液压支柱和巷帮的间距为500 mm，同时要求作业阻力大于12 MPa；第三，在切顶护帮支架上，需要布设3 根11 号工字钢梁，且布设间距在1 200 mm 左右，同时要求每根工字钢梁有一个单体液压支柱进行支护。

图3 架后加强支护示意图（单位：mm）

3.5 挡矸支护作业

结合该煤矿井下的切顶卸压技术应用，在巷道挡矸支护体的组成中，包括单体液压支柱、U 型钢和金属网等，具体施工中需要关注以下施工要点：第一，在进行回采作业中，需要在留巷段一次开采帮中进行挡矸支护体的布设；第二，需要利用U 型钢在采空区侧进行全封闭挂网，注意将U 型钢的间隔控制在350 mm；第三，结合留巷区段顶板、底板岩性强度问题，需要使用穿靴戴帽的方式对U 型钢进行处理，预防对顶底板造成损害。

3.6 留巷段防漏风

结合井下煤矿生产的需要，在回采巷道留巷区段需要进行风筒布的布设，降低留巷作业时的漏风量。另外，在回采面200 m 以外的地方需要进行留巷表面混凝土的喷涂，且控制厚度在160 mm。最后，当留巷段防漏风技术的应用中，当混凝土防护层出现裂缝时，需要对巷帮喷涂高分子材料进行封堵。

4 切顶卸压沿空留巷技术的实践效果讨论

在8216 综采工作面进行切顶卸压沿空留巷技术的应用后，为了解应用效果，需要对留巷区段围岩的变形情况进行实时监测，经过长期监测获得有效数据后，具体有以下实践效果：第一，在超前支护方式的作用下，超前支撑压力对巷道顶板下沉的影响大幅度降低；第二，在架后补强支护施工后，顶板的支护强度有效提高，且留巷期间的顶板下沉量有着先快后缓慢平稳的特点。最终，顶板下沉量为130 mm、底板无明显底鼓现象、巷帮变形量为60 mm，整体效果良好。在对围岩变形情况进行监测后，可以了解到切顶卸压沿空留巷技术有着良好的应用效果，能更好地提高煤矿资源的开采效率并确保巷道作业安全，满足煤矿企业的发展需要。

5 结语

切顶卸压沿空留巷技术是一种安全性高、回采效果好的巷道留设工艺，在当前煤矿生产的大环境中，采用该技术进行煤矿回采，有着较高的综合效益。在实际应用该技术时，需要明确工艺流程，同时注重巷道超前支护、切顶爆破钻孔、加强架后支护、挡矸支护作业和留巷段防漏风等方面工作，以此提高切顶卸压技术的应用效果。通过在8216 综采工作面中的实践应用，在进行留巷区段围岩变形情况的监测后，并未发现围岩明显变形，代表该技术有着良好的实用价值，能促进矿井生产朝着可持续的方向发展。