孟建杰

（同煤集团挖金湾虎龙沟煤业综采队，山西 朔州 038300）

浅埋大采高工作面煤层埋深浅、基岩薄、上覆厚松散砂土，顶板不易形成关键层，基本顶破断时不易形成稳定结构，同时由于采高较大，来压有明显动载现象，矿压显现剧烈，巷道变形严重。同煤集团虎龙沟煤矿主要是采用长壁开采方法，在长壁开采中因需要留设煤柱会导致煤炭资源大量损失。进行切顶爆炸卸压沿空自动成巷无煤柱开采试验，对虎龙沟煤矿浅埋煤层工作面有重大意义。

1 工程概况

大同煤矿集团挖金湾虎龙沟煤业公司虎龙沟煤矿307 盘区3#层S1201 工作面位于307 风井西南部，沿东西方面布置，工作面走向长度2 415.7 m，倾斜长度286 m。工作面煤层厚度为2.74～4.76 m，平均厚度3.49 m；煤层倾角1°～4°，平均倾角3°；工作面埋深95～175 m，属于浅埋层。工作面岩性：煤层伪顶为黑色炭质泥岩，厚0.2～0.5 m，质软，易碎，裂隙发育，随采随落；直接顶板为粉砂岩，性脆，易碎，饱和抗压强度2.84～13.82 MPa，抗拉强度为1.88 MPa，属二级顶板；底板为粉砂岩，抗压强度低，易碎。S1201 工作面布置情况如图1。

图1 S1201 工作面布置情况图

2 切顶卸压沿空留巷工艺方案

基于S1201 工作面的地质特征及现场实况，设计应用切顶卸压沿空留巷工艺进行开采，其工艺方案关键技术主要有：（1）应用恒阻大变形锚索进行加强支护，有效控制顶板下沉；（2）采用聚能拉张爆破来实现巷道顶板定向预裂；（3）沿空挡矸巷旁的单体支柱支护顶板。

通过对S1201 工作面地质及现场情况分析，试验确定了S1201 工作面切顶卸压沿空留巷参数，如图2。

（1）爆破预裂切缝参数。针对S1201 工作面直接顶较软弱、基本顶坚硬的复合岩层条件，确定了爆破预裂切缝参数：① 在运输巷煤壁侧距煤壁的0.3 m 处布置1 排聚能爆破孔，炮孔间距0.5 m，炮孔深度8 m，倾向采空区方向8°。② 聚能管最佳装药量为“3+2+3+2+1”卷，每孔5 根聚能管，聚能管长度全为1.5 m，封泥长度2.25 m，药卷规格为D27 mm×300 mm，质量200 g/卷。③ 聚能管外径42 mm，内径36.5 mm，管长1500 mm，装药量1 kg。④ 封孔采用黄泥封孔，采用正向装药，单孔雷管串联起爆。⑤ 确定钻孔位置后，用锚杆钻机钻孔，钻头直径50 mm。

（2）锚索补强加固支护参数：① 恒阻锚索直径21.8 mm，长度10.5 m，间排距1000 mm×1500 mm；恒阻器长500 mm，外径72 mm，最大允许变形量300 mm，恒阻值33±2 t，预紧力28 t。② 靠近采空区侧布置恒阻大变形锚索，距留巷帮700 mm，排距1000 mm。

（3）动压加强支护参数。工作面架后200 m选用DZ25-25/100 型单体液压支柱配金属π 型顶梁进行支护，排距1.2 m，柱距0.8 m；每排单体上方架设一根π 型梁，长度4.5 m。挡矸支护“单体液压支柱+11#工字钢+铁丝网”，该支护可以防止矸石蹿入留巷内影响留巷效果。

3 现场监测及成巷效果分析

3.1 现场监测结果分析

采用KGU101-200 顶底板移近量动态观测报警仪对S1201 工作面巷道顶底板移近量情况进行监测，可得切缝侧和煤柱侧顶底板移近量变化示意图，如图3。

图3 S1201 工作面巷道顶底板移近量变化

从图3 可知，S1201 工作面巷道顶底板移近变化主要有三个阶段：架后0～50 m 之间，受上区段邻近工作面采动影响，老顶回转下沉，从图中可知架后40～60 m 顶底板存在明显移近，顶板发生一次大面积来压；架后60～150 m 之间，该阶段顶板没有完全稳定，在基本顶触矸后，随着采空区矸石压实，巷道顶底板会受动压影响发生移近，但移近量变化趋势较为平缓；架后150～350 m 之间，该阶段巷道顶底板移近量基本稳定，顶板表现有微量下沉，整体上处于平衡稳定状态。因此从架后200 m 左右位置可以回撤临时支护设备。

从图3 可知，在架后0～150 m 之间，切缝侧顶板下沉量从0 增加到400 mm，之后趋于稳定状态，切缝侧下沉量稳定在410～440 mm；架后0～100 m之间，煤柱侧下沉量从0 增加到200 mm，之后趋于稳定状态，煤柱侧下沉量稳定在210～240 mm。

对巷段两帮移近情况进行监测，得两帮移近量变化图，如图4。从图4 可知，巷段两帮与顶板移近变化趋势相同，在架后0～40 m 之间位置处有较大移近，之后两帮移近趋于平缓，至架后140 m 处趋于稳定，最大移近240 m 左右，在对临时支护进行回撤后两帮移近量无明显增加。同时一般在回撤单体支柱前在留巷内碎石帮侧进行喷浆、注浆或砌防漏风墙等措施。

图4 巷道两帮移近量变化图

从图5 可知，恒阻锚索应力值在两处位置有明显的升高：第一处在滞后工作面38～50 m 的位置，在该处位置时基本顶岩层对恒阻锚索进行作用；第二处在滞后工作面100～120 m 位置，矸石在上覆岩层作用下造成顶板回转变形。在整个过程中锚索最大拉力为357 kN，测点锚索达恒阻状态。

图5 恒阻锚索应力计锚索应力值变化曲线

3.2 切顶卸压自成巷效果分析

通过对S1201 工作面的工业性试验，确定了适合该矿S1201 工作面的施工方案及施工参数。从实践应用结果来看，该巷道围岩控制体系方案留巷效果良好，如图6。

图6 S1201 工作面成巷效果图

4 结论

针对大采高浅埋煤层的S1201 工作面，设计了切顶卸压沿空留巷工艺的开采方案，通过对恒阻锚索受力、顶底板移近量的实时在线监测，该切顶卸压沿空留巷工艺方案能有效控制巷道围岩的变形量，留巷效果良好。该研究为有效地实现煤矿高产高效安全开采提供了基础。