用技术创新延长矿井 寿命 东峰煤矿实施沿空留巷无煤柱开采...
[摘 要]顶板自行跨落沿空留巷无煤柱开采技术是利用采场周期来压，利用锚索对巷道顶板加强支护，通过切顶卸压自动形成一条回采巷道的一种新的开采技术。通过在山东新汶矿业集团新阳能源有限公司3107下工作面成功运用，从根本上防治了留设煤柱带来的各种安全隐患，提高了资源回收率，缓解了采掘接替紧张局面，解决了巷道难维护技术难题，取得了巨大的经济效益和社会效益。
[关键词]自行垮落 沿空留巷 无煤柱开采 新技术
中图分类号：TD353 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）24-0087-01
1、引言
我国煤矿90%采用长壁开采，通常采用留设煤柱的方式保护下区段沿空巷道的掘进，这种常规留煤柱开采，由于岩层断裂移动引起力学叠加和扰动，破坏顶板形成应力集中，是造成冒顶、瓦斯突出、火灾等自然灾害加剧的根本因素。同时还造成煤炭资源浪费、巷道工程量大，采掘接替紧张，生产效率低下等问题。 因此，采用并推广沿空留巷无煤柱开采技术是煤炭资源可持续发展的重要方向，在提高煤炭资源回收率的同时，也是解决煤矿重大灾害事故的有效手段。
山东新汶矿业集团新阳能源有限公司根据沿空留巷矿压分布规律和矿压显现特征，结合顶板易垮落的特点，运用理论分析、现场实测等科学理论方法对煤层顶板自行垮落成巷技术进行研究，提出了顶板自行跨落沿空留巷无煤柱开采新技术并成功应用。
2、顶板自行跨落沿空留巷开采技术原理
顶板自行跨落沿空留巷开采技术是以“切顶短臂梁”理论为基础，利用采场周期来压，采用锚索对巷道顶板加强支护，通过切顶卸压自动形成一条巷道，把采煤与掘进统一起来，做到了回采一个工作面只需要掘进一条巷道，将传统的一面两巷变成了一面单巷，实现了切顶卸压自动成巷无煤柱开采。
根据沿空留巷矿压分布规律和矿压特征，得到支撑强度和切顶位置关系：支撑强度越大，切顶位置越靠近采空区位置。根据沿空留巷支撑强度与切顶线位置的关系，采用超前打设2根锚索加固支护。第一根锚索切顶支护顶板，为巷旁提供高初撑力支护，能够有效的减少采空侧塑性区域的扩大，保证顶板断裂线在支护外侧，达到切顶留巷形成新巷帮的目的；第二根锚索加强巷道支护，使顶板形成整体，增加支护稳定性（图1）。
其工藝流程为：沿垮落线超前施工锚索加固支护→架前铺网→架后垒砌矸石袋→留巷加强支护→沿空留巷整改。
3、工程应用
（1）工程条件
山东新汶矿业集团新阳能源有限公司三采区3107下工作面北至三采一层集中轨道巷，南邻3107S上工作面，西靠岩浆岩侵入边界。
该工作面开釆煤层为煤1，煤1直接顶以细砂岩为主，平均厚度3.5m，属于Ⅲ类稳定直接顶，老顶为中砂岩，岩石坚硬性脆，厚12.1m，根据基本顶分级指标可知，第1层煤基本顶属于Ⅰ级；直接底为细砂岩，平均厚度2.4m，老底为中砂岩与细砂岩互层，厚16.1m。底板为中硬底板。
3107下运煤巷巷道净宽3.0m、净高2.4m，顶板锚网带支护，锚杆间距0.9m，钢带排距1.0m；留巷后巷道净宽3.4m，净高不低于1.8m。
（2）锚索超前加固
①锚索支护方式：由里向外顺巷道走向施工1排锚索，间距2.0m，锚索配钢带或钢筋梁或锚索梁加固支护（锚索位置距工作面侧第一根顶板锚杆外偏0.3m）。
②锚索施工要求：锚索选用6m高强度、低松驰（Ⅱ级）粘结式1×7钢绞线锚索，选用MSCKb28/33树脂锚固剂，每根锚索使用5块树脂锚固剂，锚固长度不得低于1.5m。锚索托盘选用钢制蝶形托盘，采用不低于Q215的钢材制作，规格尺寸不小于230mm×230mm（方形）、厚度不低于12mm，托盘承载力应不小于锚索设计承载力的1.5倍。采用M-145-3.25型钢带。锚深5750mm，锚索锚固力不低于200KN。锚索张拉预紧力应控制在80～100KN，压力表达到25.5MPa。
（3）架前铺网
两名施工人员站在支架顶梁下铺联网，铺联网长度不低于2个支架，压茬不得小于0.1m，扭结牢固，网平整，余网不得小于0.3m。
（4）架后垒砌护帮矸石袋
支架拉移过后，选择合适位置，及时使用单体支柱临时支护架后空间，临时支柱1-2列，柱距1.0m，列距0.7m，顺走向支设不超过3排；人员在巷道永久支护及架后临时支护的掩护下垒砌矸石袋，矸石袋宽度0.5-1.0m，矸石袋垒砌在台阶上，一层一层压好茬，最后接实顶板，矸石袋要压茬严密不漏风、接顶要密实，施工期间严禁空顶作业。
（5）留巷段加强支护
支护参数：架后采空区顶板易冒落，悬顶面积较小或无悬顶时，采取在采空侧超前支护顶梁下加支一颗单体，变一梁一柱为一梁二柱的方式加强支护。采空区顶板不易冒落、存在悬顶时，靠老空侧支设封帮单体，封帮单体配铰接顶梁顺巷道走向支设，一梁二柱加强支护，封帮单体距矸石袋墙0.2-0.3m。留巷顶板稳定后滞后溜头50m可撤除老空侧原超前支柱，柱梁支护由三列改为两列，顶板破碎及压力显现明显处不准回撤。
（6）留巷整改
主要是卧底清理、整改失效单体。
4、效益分析
（1）相比传统的沿空掘巷
按全年回采期间沿空留巷1000m，巷道掘进成本按1.5万元/m计算，较沿空掘巷节约成本1500万元。另外可回收10m宽煤柱，回收煤炭量约1.4万吨（按薄煤层，煤厚1m计算），可增加煤炭收入623万元，全年可增加2123万元的经济效益，同时避免了留设煤柱引起的应力集中，防止冲击地压的发生，采空区漏风等安全隐患，提高采掘比，缓解矿井生产接替紧张局面及巷道难维护等技术难题，减轻了工人劳动强度，具有明显的社会效益。
（2）相比传统的沿空留巷
传统的切顶卸压沿空成巷无煤柱开采技术采用爆破技术预裂顶板。顶板自行垮落沿空留巷技术，不再施工切顶爆破孔，节约打设、爆破切顶孔时间和费用，减少了传统沿空留巷中安全系数最低的一道工序，采用普通锚索代替横阻锚索，巷道由三排锚索优化为两排锚索，单体支柱由三排也优化到两排，减少了留巷费用。
采用顶板自行垮落沿空留巷技术，巷道维护每米材料费用为936元，较传统沿空留巷巷道维护每米材料费用1067元，每米节省材料费用131元，按全年维护巷道1000m折算，全年节省13.1万元。现沿空留巷每班用工1人，较以往沿空留巷每班用工4人，全年节省人工费约85万元。传统留巷方式需停止工作面输送机和采煤机在溜头（溜尾）打设钢带，每班对生产影响1h左右。现只需在轨道巷（运输巷）超前补打切顶锚索即可，不用停止工作面输送机和采煤机，生产工艺简单，对工作面生产无影响，月度可多采出煤炭0.75万吨，年增加原煤收入4008万元。因此全年可增加约4100万元的经济效益。
5、结束语
山东新汶矿业集团新阳能源有限公司运用顶板自行垮落沿空留巷无煤柱开采技术，减少工作面煤巷掘进量50%，利用矿压和围岩运动，自动成巷，缓解了矿井采掘接替紧张局面，提高了资源回收率，减少了矿井安全隐患，具有明显的经济效益和社会效益。同时该技术是在传统的切顶卸压沿空留巷无煤柱开采技术的基础上衍生而来，实现了沿空留巷无煤柱开采理论和技术的新突破，在同类地质条件下具有推广应用价值。
作者简介
黄小虎（1986.01-），男，湖北钟祥人，现居山东济南，2008年毕业于黑龙江科技学院采矿工程专业，现任山东新汶矿业集团新阳能源有限公司采煤一部技术副区长。
