山东能源新矿集团内蒙能源长城三矿 内蒙古鄂尔多斯 017000
摘要：长城三矿在1905S首采工作面进行大采高缓倾斜煤层反程序预切顶无煤柱沿空留巷开采，以矿压观测分析为指导，以施工质量为保障，不断优化施工工艺，缓解矿井生产接续，提高采区资源回收率，进一步提高矿井经济效益做出重要贡献。
关键词：第三次矿业科技革命；煤层开采；煤炭效益
一、沿空留巷实施背景及概况
长城三矿紧跟第三次矿业科技革命发展潮流，结合生产实际情况，在1905S回风巷进行大采高缓倾斜煤层反程序预切顶无煤柱沿空留巷开采。根据调研现集团公司隶属矿井沿空留巷情况，该技术仅长城三矿一家矿井，其他沿空留巷矿井都是对工作面下巷（运输巷）进行沿空留巷施工。
1905S工作面回风巷进行大采高缓倾斜煤层反程序预切顶无煤柱沿空留巷开采，采用以“切顶卸压+恒阻大变形锚索”为巷道补强支护方案，以“U型钢梁+π型钢棚”为沿空留巷临时支护方案。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，且预裂爆破能够很好地保护巷道顶板完整性。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。架后临时支护采用“单体液压支柱+铰接顶梁+U型钢+钢筋网”的联合支护形式。待顶板垮落并稳定后，撤除π型梁棚，对垮落不充分的地方进行填充，并进行喷浆工作。
二、沿空留巷技术说明
1905S工作面为长城三矿首采工作面，工作面走向长2100m，倾斜长平均为290m ，开采煤层为9煤层，煤层平均厚度3.94m，平均采高4.2m，是一走向近南，单斜构造，煤层倾角在13°~16°之间，平均倾角14.5°。老顶为粉砂岩，平均7.96m；直接顶为四灰，平均2.2m；伪顶为泥质粉砂，0-0.5m之间，赋存不稳定，局部无伪顶；直接底为细砂岩，平均3.3m。
1、在原有巷道支护强度下，利用恒阻大变形锚索对巷道顶板加强支护，使锚索支护具有恒阻条件下抵抗变形的功能，又具有抵抗冲击变形能量的功能，可以充分适应冲击大变形对延伸量的要求，能够有效解决传统锚索变形断裂问题，以保证随后预裂顶板、切顶时不影响自动形成的巷道质量。支护参数如下：
恒阻大变形锚索直径取为21.8mm，长度为12300mm，恒阻器长500mm，最大允许变形量350mm，恒阻值为30±2t，锚固力不小于250KN。恒阻大变形锚索垂直于顶板方向布置，共布设2列：第一列恒阻锚索距原巷下帮500mm，排距1000mm；第二列恒阻锚索位于巷中，排距2000mm。此外，在距另一侧煤壁帮500mm处布置一列普通锚索，排距3000mm，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），以提高顶板的整体强度。上帮重新铺设金属菱形网，在原两排锚杆中间补打一排3根锚索，锚索型号Φ21.6×4300mm，排距1200mm，靠上部2根锚索垂直巷帮打设，最下部锚索打设角度与水平夹角为20°，保证锚入底板岩石内，帮锚索预紧力不小于160kN。
2、利用切缝钻机施工爆破钻孔，聚能爆破装置超前预裂顶板，在顶板形成裂缝；利用矿山压力在采场周期来压时沿顶板裂缝自动实现沿空切顶，将顶板切落下来，切落的顶板形成巷帮，同时借助岩石碎胀系数使岩石破碎后的体积增，压实并隔断采空区。
3、架后留巷侧临时支护采用“单体液压支柱+铰接顶梁+U型钢+钢筋网”联合支护形式；留巷顶板采用单体液压支柱配合π型钢梁进行加强支护，采用“一梁三柱”方式垂直巷道布置。支护参数如下：
工作面每推进0.5m，平行支架进行挡矸支护，在采空区侧依次挂设菱形网、风筒布及钢筋网，可伸缩36#U型钢采用上下两节可缩性搭接，单根长3m（可根据巷道高度适当调整），采用两副卡兰连接，卡兰上下沿距U型钢搭接端头各30mm，搭接长度大于1m。36#U型钢棚埋入底板以下不低于300mm，U型钢上下接触面使用钢板封堵，以增加接触面积。待U型钢梁及挡矸网安设完成后，在切顶侧恒阻锚索里侧沿走向采用单体支柱配合铰接顶梁进行挡矸支护。同时，每隔1.2m布设“一梁三柱”垂直走向π型梁棚加强留巷顶板支护。
4、喷浆（或防灭火高分子材料）。待顶板垮落并稳定后，撤除π型梁棚，对垮落不充分的地方进行填充，并进行喷浆工作。后期对巷道进行整修，满足其作为下一个工作面运输巷使用要求。
四、沿空留巷实施情况
1、沿空留巷施工
截止到2018年10月底，1905S回风巷沿空留巷累计完成465米，累计支设U型钢梁920组，兀型钢423架，铰接顶梁384根，液压单体支柱1653棵；上帮锚索施工超前工作面60米，切缝眼爆破超前工作面130米。该留巷为工作面上巷，顶板压力较大，出现单体支柱失效、变形，U型钢弯曲变形及铰接顶梁连接处断裂现象；沿空留巷段有60米顶板出现裂隙，其主要原因是支护不均匀，下帮支护强度大，顶板下沉时将顶板折断，需进一步调整支护参数。从巷道总体来看，巷道变形量低于预期值，沿空留巷取得良好效果。
2、沿空留巷矿压观测
1905S回风巷建立包含顶板离层仪、单体应力检测仪、锚杆应力检测仪、激光测距仪在内的沿空留巷矿压观测系统，实时进行数据收集与分析，掌握矿压变化情况。通过监测数据分析，两帮最大移进量为451mm，平均低于300mm；巷道有65m跨度大处，顶板下沉及底鼓较为严重，顶底板移近量最大600mm，其他地点沿空留巷效果较好，顶板下沉量减小，未出现明显底鼓现象，顶底板移近量最大300mm，围岩变形现已趋于稳定。
五、沿空留巷效益分析
（一）经济效益
1、经核算，9煤层沿空留巷综合成本约为11000元/m;新掘一条巷道综合成本约为8800元/m;
2、 9煤层平均煤厚4.1m，密度1.44t/m3，回收率93％，吨煤利润按100元计算，护巷煤柱按9m计算，则每米增加利润为：
100×9×4.1×1×1.44×93％=4942元/m
3、1905S回风巷沿空留巷已完成465米，创造经济效益：
（8800＋4942-11000）×465÷10000=127.5万元
（二）其它效益
1、少掘一条巷道，节省工作面准备时间，缓解接续紧张局面，同时降低巷道掘进风险；
2、将区段煤柱全部回收，大大提高采区资源回收率，延长矿井服务年限。
论文作者:李贞江,郭兆瑞,王德才
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第29期
论文发表时间:2018/12/24
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