運順切頂卸壓自動成巷技術及應用

文/張淵

神東煤炭集團哈拉溝煤礦以12201工作面為試點，通過爆破預裂切割頂板卸壓技術，改進切頂卸壓項目實施工作中的不足，創新無煤柱開采方法，促進了煤炭開采技術升級，提高了煤礦安全高效發展水平。

一、12201工作面巷道構造特征

1.12201工作面概況

神東煤炭集團哈拉溝煤礦12201綜采面為12煤二盤區首采面。12201綜采面切眼長320m，切眼至停采線長度747m，沿空留巷長580m，煤厚1.6～2.4m，工作面平均采高2m，回采煤量61萬噸，煤層較穩定，北西為設計的12202工作面，其他方向無12煤設計的工作面。依據礦井同煤層工作面礦壓觀測分析，初次來壓步距29～31m，周期來壓步距12～15m，來壓最大強度58MPa。

2.圍巖地質構造

12201工作面上覆基巖厚55～70m，松散層厚0～33.48m，埋深60～100m，靠回撤通道區域地表有基巖出露。煤層直接頂為粉砂巖，厚0.52～3.9m，均厚1.84m；直接頂上部為12上煤層，厚0～2.75m，均厚1.56m；12上煤層上部為厚0.55～2.14m、均厚1.35m的泥巖，老頂由均厚為3.34m的細粒砂巖和均厚為4.05m的粉砂巖組成；直接底為粉砂巖，均厚3.67m。12煤與12上煤層間距 1.1～2.5m，12上煤厚 1.4～2.4m。

3.12201留巷接續

12201綜采面為哈拉溝煤礦首個沿空留巷工作面，12201運順將沿空留巷，作為相鄰12202綜采工作面回風順槽。12201綜采推進172m后，推進至相鄰12202綜采面切眼后15m位置，12201運順開始沿空留巷，留巷至12201主回撤通道，留巷長度為580m。12201工作面與12202工作面接續關系如圖1所示。

圖112201 工作面與12202工作面接續關系示意圖

4.水文特征

12201工作面主要受基巖裂隙水、松散含水層水及地面水井水的影響，依據公式計算導水裂隙高度為43m。根據巷道掘進現有情況來看，巷道頂板有淋水現象，但水量不大，推斷該面上覆基巖裂隙水對工作面回采影響不大，工作面回采需提前疏放上覆松散含水層水，預計回采期間正常涌水量為50m3/h，最大涌水量為205m3/h。工作面內共有水井60個，大部分水井內有水，部分水井已打穿12煤層，回采前需提前進行封堵，確保工作面安全回采。

5.瓦斯與煤塵

煤層瓦斯含量極低，瓦斯絕對涌出量為0.395m3/min，瓦斯等級低。煤塵爆炸指數較高，爆炸性指數38.83%，具有爆炸危險，需采取降塵措施。煤層具有自然發火傾向，發火期為1個月左右，屬于Ⅰ類自燃煤層，堆放量大和堆放周期長時，能引起自燃。

二、運順切頂卸壓自動成巷施工工藝及技術措施

12201運順切頂卸壓自動成巷技術施工主要工藝流程：恒阻錨索超前加固支護→施工切頂孔→沿設計切頂線爆破預裂切縫→留巷段加強支護及擋矸→噴漿封閉巷幫。

根據切頂卸壓沿空留巷技術的特點及哈拉溝煤礦以往工作面礦壓強度顯現的不同程度，12201運順加固支護措施主要分為四段：一是12201運順超前支護措施，即采用恒阻錨索對巷道進行超前加固支護；二是12201運順留巷段架后0～30m段，12201運順留巷采用“桁架+單體液壓支柱”對巷道進行加固支護及擋矸；三是12201運順留巷段架后30～100m段，采用單體液壓支柱對巷道進行加固支護及擋矸；四是12201運順留巷段架后超過100m段，采用工字鋼對巷道進行加固支護及擋矸，并采用噴漿的方式封閉巷道正幫。

1.恒阻錨索加固支護措施

（1）恒阻錨索加固支護相關參數設計。為了防止切頂過程中和周期來壓期間巷道頂板失穩或冒頂，采用恒阻錨索對巷道進行超前支護。恒阻錨索直徑為21.8mm，長度 8000mm，恒阻值為 33t±2t，恒阻器直徑為65+3mm，恒阻器長度為500mm，恒阻錨索排距為2000mm，每排1根，恒阻錨索切頂線為0.3m，切頂線距離巷道正幫為0.5m。恒阻錨索沿工作面走向方向布置，預緊力為28t。相鄰三根恒阻錨索用W型鋼帶連接。采用恒阻錨索超前加固巷道支護如圖2所示。

圖2 巷道斷面支護示意圖

（2）恒阻錨索施工工藝。

①12201運順斷面內設計1根恒阻錨索，恒阻錨索距切頂線為300mm，排距2m。恒阻器恒阻值33±2t。

②鉆孔施工。嚴格按照預先點設的眼位，采用Φ28mm金剛石復合片鉆頭施工鉆孔，鉆孔直徑28mm，恒阻錨索外露長度為180～300mm；鉆孔完畢后，采用直徑75mm的專用擴孔鉆頭，將導向桿放入已鉆好的小孔內連接鉆機進行擴孔（小孔與大孔必須同心），擴孔深度500mm。

③打恒阻錨索眼孔夠深時鉆機要反復升落2～3次，以便把眼孔內的碎矸沖洗干凈。

④恒阻錨索錨固長度一般不小于1.2m，批量安裝前應做錨固力測試，必須保證恒阻錨索錨固力不小于450KN（45t），否則將影響使用效果。每根恒阻錨索使用2條Z2360錨固劑，通過一根600mm長的PVC導管將錨固劑送入小孔內，用鋼絞線頂至眼底，然后撤下導管，用錨索鉆機邊推進邊攪拌，攪拌時間15～20s后停止攪拌，等待2～3min(具體攪拌時間和凝固時間務必以實際使用的錨固劑型號為準)后撤下鉆機。一般情況下，恒阻錨索外露180～300mm為宜，考慮現場施工條件，在滿足恒阻錨索要求的前提下，可減少恒阻錨索外露長度，防止支架對恒阻錨索造成破壞。

⑤預緊力施加。恒阻錨索鋼絞線錨固完成后，分別將300×300×12mm托盤、W型鋼帶、恒阻器通過外露的恒阻錨索鋼絞線穿進去，然后把恒阻器推入錨孔內，恒阻器托盤貼緊巖壁，然后把專用鎖具穿過恒阻錨索鋼絞線，鎖具外錨環與恒阻器中恒阻裝置貼緊，放好夾片，然后用恒阻錨索張拉機夾持恒阻錨索鋼絞線進行張拉，張拉力值達到28t應停止張拉。最后卸載，預緊力應控制在280kN（28t）為驗收標準，撤下張拉機，完成安裝。待放炮距離超過20m后，為補償爆破震動引起的預緊力損失，實施2次預緊，預緊力亦必須達到28t以上。

2.工作面采空區內留巷段巷道支護及擋矸措施

（1）12201運順留巷段架后0～30m范圍內巷道加固及擋矸措施。12201運順留巷段架后0～30m范圍內，采用由超后可回收主動支護裝置、立桿、鋼筋網及連接桿件組成的擋矸桁架對巷道正幫進行加固支護及擋矸，立桿距巷道正幫為0.2m，超后主動支護裝置距離立桿距離為0.45m；采用8#鉛絲將Φ4mm、網格為60×60mm冷拔絲網（長2.6m×寬0.8m）固定于立桿上，該網主要用于擋小塊矸石。

巷道正幫側距離切頂線1.0m位置采用DW28-250/100型單體液壓支柱對巷道進行加固支護，支柱排距為1.0m；在巷道中線位置采用DW28-250/100型單體液壓支柱進行加固支護，支柱排距為2.0m；巷道負幫側距巷道中線為1.35m位置采用DW28-250/100型單體液壓支柱進行加固支護，支柱排距為2.0m。

（2）12201運順留巷段架后30～100m范圍內巷道加固及擋矸措施。12201運順留巷段架后30～100m范圍內，采用單體液壓支柱替換桁架進行巷幫支護和擋矸，支柱間距為0.6m。巷內其他支護不變。

（3）12201運順留巷段架后超過100m位置巷道加固及擋矸措施。12201運順留巷段架后超過100m位置采用工字鋼替換單體液壓支柱進行巷幫支護和擋矸，工字鋼間距為0.6m，并采用噴漿的方式封閉巷道正幫；在礦壓不大，頂板垮落充分、巷幫充填完整的條件下，回撤巷道內單體液壓支柱支護，否則不予回撤，確保正常生產。

三、結論

神東煤炭集團哈拉溝煤礦以12201工作面為試點，通過爆破預裂切割頂板卸壓，利用工作面頂板垮落形成下一個工作面回采巷道，從根本上預防了留設煤柱帶來的災害頻發、資源浪費、生產接替緊張、巷道維護等問題，為礦井降低生產成本，提高頂板安全管理水平提供了有效的支撐。目前，通過切頂卸壓技術已成功留巷，副幫無鼓幫、巷道無竄矸現象，壓力及采空區氣體正常，在煤炭行業具有很高的推廣價值和意義。