小煤柱工作面切顶卸压支护技术设计分析

侯宇峰， 党 其

（1.阳泉市燕龛煤炭有限责任公司， 山西 阳泉 045000；2.山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司， 山西 太原 030006）

15310 综放工作面位于井田西北部，工作面采长（走向长）232 m，倾向推进1 092 m，面积272 136 m2，工业储量237 万t，可采储量220 万t。

15310 工作面位于井田西北部，15 号轨道大巷以北，西部为15312 设计工作面（尚未布置），南部为15 号煤层主要开拓大巷，东部为15308 设计工作面（尚未布置），北部为盂县恒泰皇后煤业有限公司。经周边矿井调查，矿井双方均留设矿界保护煤柱，本面上覆9 号煤层为9506 工作面采空区及上覆9 号煤层越界采空区。

15310 工作面采用小煤柱回采工艺，15310 工作面与15308 工作面之间预留小煤柱，小煤柱宽度为6.5 m，与传统预留20～30 m 煤柱工作面相比，小煤柱工作面具有煤柱回采率高、采空区遗煤量少等优点，但是小煤柱工作面在回采过程中受回采应力影响，小煤柱破坏严重，制约着工作面安全高效回采。

1 顶板切顶卸压技术

为减小工作面回采期间回采应力对小煤柱破坏作用，阻止应力对煤柱的传递作用，决定对小煤柱巷道顶板采取切顶卸压技术。

1.1 切顶卸压孔布置

1）根据实践经验，切顶卸压孔布置在距小煤柱0.8 m 处顶板上，卸压孔以倾斜孔为主，卸压孔深度根据顶板直接顶及基本顶岩性及强度而定，以15310 工作面为例，直接顶及基本顶主要以K2石灰岩为主，岩体普氏系数f＞10，岩体强度高，岩体平均厚度为8.78 m，为了保证工作面回采后能够完全垮落，切顶孔深度定为7.5 m。

2）切顶孔直径为45 mm，采用高压钻机进行钻孔，钻孔向采空区方向成75°夹角布置，钻孔间距为3.0 m，钻孔施工完成后必须将钻孔内岩屑清理干净。

1.2 切顶爆破施工

1）切顶卸压孔施工完成后开始进行爆破切顶施工，首先对切顶孔内安装爆破聚能管，每节聚能管长度为1.5 m，聚能管直径为42 mm，聚能管采用PVC管，管两侧均匀焊制一排圆孔，孔径为10 mm，孔间距为0.3 m；相邻两节聚能管之间采用丝扣连接，每个钻孔内安装3 节聚能管。

2）聚能管安装完成后，对钻孔内填装矿用三级乳化炸药，每支炸药装药量为300 g，药卷长度为0.35 m，共计填装10 支药卷，装药量为3 kg。每个钻孔内安装1 支毫秒延期电雷管，采用正向装药方式。

3）钻孔内装药完成后对剩余炮孔采用水炮泥进行封孔处理，封孔完成后采用逐孔爆破方式进行爆破施工。

2 联合支护技术

为了保证下一个工作面的安全高效回采，提高小煤柱整体稳定性，降低二次压力对小煤柱的破坏作用，决定对小煤柱巷道顶板采取“走向锚索吊棚+恒阻预应力锚索”联合支护设计。

2.1 走向锚索吊棚施工

在小煤柱边缘施工2 排走向迈步式锚索吊棚，以提高小煤柱顶板稳定性，防止应力作用导致顶板破碎造成小煤柱失稳现象。

1）为了防止传统工字钢锚索吊棚在大应力作用下吊棚对顶板产生的切顶破坏作用，在传统锚索吊棚上方焊接1 块钢板，锚索吊棚主要由1 根长度为3.5 m、宽度为0.12 m 的工字钢梁及2 根长度为8.3 m、直径为21.8 mm 的锚索组成；工字钢梁上焊制2 个直径为30 mm 的锚索支护孔，孔间距为2.5 m。

2）走向锚索吊棚与巷道走向平行布置，首先采用MT-130 型锚索钻机在顶板处施工1 组锚索支护孔，孔间距为2.5 m，钻孔深度为8.3 m，钻孔施工完成后，对钻孔内锚注锚索，然后在锚索外露端安装工字钢梁，并进行预紧。锚索吊棚布置间距为1.0 m。

2.2 恒阻让压预应力锚索支护

1）与传统单锚索相比，恒阻让压预应力锚索具有支护强度高、让压效果好、耦合支护作用强等优点；该支护主要由拱形托盘、恒阻锚索、让压器、锁具等部分组成。

2）拱形托盘长度及宽度均为0.3 m，厚度为4 mm；恒阻锚索长度为8.0 m，直径为21.8 mm；让压器长度为0.4 m，最大让压长度为0.3 m，让压强度为750 MPa。

3）恒阻让压预应力锚索支护施工在距小煤柱0.2 m 处顶板上，间距为3.0 m，具体支护如图1 所示，每根锚索采用3 支锚固剂进行锚固，锚固长度不低于1.5 m，锚固后锚索外露长度控制在0.3 m 范围内；锚索安装完成后，依次安装让压器以及托盘，并采用锁具进行预紧，预紧力不得低于400 N·m。

图1 小煤柱工作面回采巷道联合支护平面示意图（mm）

3 结论

1）通过对小煤柱顶板进行切顶卸压，避免了工作面回采期间以及采空区垮落时应力传递破坏作用，提高了小煤柱整体稳定性，有效阻止了回采应力卸压破坏作用。

2）由于工作面在回采过程中会产生回采应力、构造应力等对小煤柱巷道顶板造成破坏作用，导致顶板应力加大，而传统锚杆（索）支护时，无法适应大变形围岩，当顶板出现应力破坏时，支护失效严重，从而导致小煤柱垮落、破碎现象。采用恒阻让压锚索支护后，锚索与变形围岩间实现了耦合支护作用，对应力区蠕动变形围岩起到很好控制作用。