郭晓鹏

(晋能控股装备制造集团 ，山西晋城 048006)

无煤柱开采作为一种绿色、高效的开采技术，具有提高煤炭回收率和缓解工作面接续紧张等优点。无煤柱开采技术主要指沿空留巷技术，即采用一定的技术手段将上区段工作面回采巷道保留下来用作下区段工作面回采巷道，该技术已得到了广泛应用[1-5]。寺河煤矿二号井生产能力为300万t/a，矿井开采煤层为9号、15号煤层。矿井9号煤层位于石炭系太原组下部，煤厚0.62～1.85 m，平均厚度1.34 m，工作面区段保护煤柱宽度一般为20～30 m，造成了大量的煤炭资源损失，降低了资源回收率。同时，9号煤层区段煤柱会在采空区形成应力集中，给后续下部15号煤层巷道布置和围岩控制增加难度。为优化矿井采掘衔接、提高资源回收率，设计在97307工作面97214巷进行切顶留巷，为矿井未来开采规划和新技术应用提供指导。

寺河煤矿二号井位于山西晋城泽州县，矿井批准开采9号、15号煤层，属于高瓦斯矿井，瓦斯绝对涌出量120.44 m3/min，相对瓦斯涌出量32.40 m3/t，平均瓦斯含量30.59 m3/t。开采的9号煤层为无煤尘爆炸危险性、Ⅲ类不易自燃煤层，水文地质类型中等，矿井最大涌水量为88 m3/h，正常涌水量为78 m3/h，无冲击倾向性。97307工作面寺河煤矿二号井9号煤层七盘区，煤层倾角2～13°，平均5°，煤厚1.04～1.87 m，平均1.5 m，老顶为细砂岩，厚度为5.3 m，直接顶为粉砂岩，厚度为3.9 m。

1 97214巷切顶留巷技术

1.1 技术路线

采用以“切顶卸压+恒阻锚索补强支护”为主体思路，通过预裂切缝爆破，在局部范围切断工作面顶板应力传递，减弱巷道顶板压力，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[6]。

1.2 97214巷切顶留巷技术方案

97214巷为矩形断面，尺寸为4.4 m×2.4 m。97214巷切顶留巷技术方案主要包括巷道支护技术方案、切顶卸压技术方案以及巷旁挡矸技术方案。

1) 巷道支护技术方案。巷道原支护：采用锚网梁索联合支护技术，支护断面见图1，巷道顶板采用直径20 mm、长度2.0 m的左旋高强螺纹钢锚杆，每排4根，间排距1.2 m×1.2 m，巷道中心位置布置1根直径15.24 mm、长度5.3 m的单体锚索；巷道帮部同样采用直径20 mm、长度2.0 m的左旋高强螺纹钢锚杆，每排2根，间排距1.2 m×2.4 m，具体支护见图1。

图1 巷道支护断面(mm)

恒阻锚索补强支护：在留巷之前采用恒阻锚索进行补强加固，基于试验巷道生产地质条件，顶板设计两列恒阻锚索加强支护，单体锚索直径21.8 mm、长度9.3 m，恒阻值设计343 kN。第一列恒阻锚索设计距采空区侧0.7 m，设计排距1.0 m；第二列恒阻锚索设计距第一列1.5 m，设计排距2.0 m。第一列恒阻锚索采用厚度3 mm的W钢带连接，具体支护见图2。

2) 切顶卸压技术方案。切顶卸压技术方案采用预裂切缝爆破方式，局部切断顶板应力传递，减弱巷道顶板压力，一定范围内增加切顶高度可改善切顶效果，当切顶高度超过一定值时，切顶高度的增加将造成顶板应力的恶化，切顶高度一般满足公式(1)：

H=(h-h1-h2)/(λ-1)

(1)

式中：H为切顶高度；h为采高，取1.5 m；h1为巷道底鼓量；h2为顶板下沉量；λ为碎胀系数，取1.2。

忽略巷道底鼓量和顶板下沉量，切顶高度H=7.5 m，97214巷沿底掘进，挑顶0.9 m，巷道直接顶为厚度3.9 m的粉砂岩(实际厚度3.0 m)，基本顶为厚度5.3 m的细砂岩，综合考虑设计切顶高度为8.0 m。

97214巷切缝孔设计距工作面帮(采空区侧)0.2 m，沿97214巷顶板平行布置一排，间距设计0.5 m，深度设计8.0 m，切缝孔角度设计与铅垂线夹角呈10°，见图3。

3) 巷旁挡矸技术方案。97214巷采用切顶卸压沿空留巷后，采空区采用“木板+风筒布+金属网+混凝土喷浆”进行堵漏。即：从采空区向外采用风筒布、钢筋网、木板、风筒布、金属网加混凝土喷浆和U型钢可伸缩支架进行挡矸和堵漏，混凝土喷浆层厚度不小于100～200 mm，巷旁挡矸支护平面图见图4。

图3 切顶钻孔布置示意(mm)

图4 巷旁挡矸支护平面(mm)

2 工程应用效果

在寺河煤矿二号井97214巷进行了切顶留巷技术，目前该工作面已回采完毕，共留巷1 350 m，留巷变形监测结果见图5。

图5 巷道变形曲线

由图5可知，巷道滞后工作面0～60 m范围，随着工作面推进，采空区悬顶距离增加，巷道围岩出现明显的变形现象；滞后工作面60～150 m范围，此阶段已经垮落的矸石对上覆岩层起到一定的支撑作用，但由于矸石尚未完全压实，巷道围岩变形量仍缓慢增加；滞后工作150 m之后，采空区矸石已基本压实，顶板基本稳定，巷道围岩变形量基本不再变化。

现场调研发现，成功留巷后，97214巷留巷段作为辅助运输巷担负了97308工作面(97307工作面邻近工作面)的搬家运输任务，97214巷在复用过程中顶板稳定，复用效果良好，证明了切顶留巷技术方案的合理性和可靠性。

3 结 语

无煤柱开采技术具有提高煤炭回收率和缓解工作面接续紧张等优点，以寺河煤矿二号井97214巷为工程背景，提出了以“切顶卸压+恒阻锚索补强支护”为核心的技术路线，开发了97214巷切顶留巷技术方案，包括巷道支护技术方案、切顶卸压技术方案以及巷旁挡矸技术方案，技术应用后监测了巷道变形情况，留巷区域变形主要发生滞后工作面0～60 m范围，整体看97214巷在复用过程中顶板稳定，复用效果良好，证明了切顶留巷技术方案的合理性和可靠性，为寺河煤矿二号井切顶留巷的大规模应用提供了技术保障。