杜兒坪礦切頂卸壓自動成巷技術(shù)研究與應(yīng)用

曹林虎

(西山煤電集團(tuán)公司 技術(shù)中心，山西 太原 063000)

切頂卸壓無煤柱自動成巷開采技術(shù) “110工法”是繼錨桿支護(hù)技術(shù)之后又一次技術(shù)革命[1]. 楊漢宏，薛二龍[2]以哈拉溝煤礦12201工作面為典型，提出了現(xiàn)場采用恒阻錨索進(jìn)行加強支護(hù)等一系列試驗設(shè)計方案，得出切頂卸壓自動成巷技術(shù)可以應(yīng)用于西部礦區(qū)特殊地質(zhì)條件的結(jié)論；王成祥[3]以檸條塔煤礦S1201工作面的試驗為基礎(chǔ)，提出了切頂卸壓自動成巷技術(shù)設(shè)計參數(shù)，完成了施工工藝，總結(jié)了技術(shù)成果及相關(guān)建議；魏錦周[4]以蓋州煤業(yè)9102回風(fēng)巷為例，基于切頂短壁理論分析，計算了施工過程中恒阻大變形錨索錨固長度以及成巷后的驗證方法；楊曉杰，侯定貴等[5]采用三維離散元軟件對淺埋深煤層切頂卸壓自動成巷進(jìn)行研究，結(jié)果表明：不同頂板預(yù)裂切頂高度對頂板順利切頂成巷有較大影響，切縫應(yīng)有效切斷采空區(qū)頂板與留巷頂板間的應(yīng)力傳遞。

西山煤電集團(tuán)公司為解決各礦井生產(chǎn)銜接緊張問題，提高煤炭資源回收率，確定在杜兒坪礦62711工作面采用切頂卸壓自動成巷開采技術(shù)。

1 工作面基本情況

杜兒坪礦62711工作面屬北七2#煤盤區(qū)首采面，瓦斯絕對涌出量為0.6 m3/min，煤層自燃傾向Ⅲ類，不易自燃，為2#煤層低瓦斯區(qū)域。工作面煤層厚度穩(wěn)定，煤厚1.00～2.40 m，平均1.90 m，煤層傾角1°～7°，平均2°，埋藏深度435～687 m，煤層賦存穩(wěn)定，具體情況見圖1.

2 工 藝

2.1 參數(shù)設(shè)計

62711工作面軌道順槽(原皮帶順槽)為矩形巷道，寬4 200 mm，高2 800 mm，掘進(jìn)斷面11.76 m2，原設(shè)計采用錨網(wǎng)、錨索聯(lián)合支護(hù)，頂錨桿5根/排，間排距為875 mm×1 000 mm；頂部采用左旋螺紋錨桿(2 000 mm×d20 mm). 錨索采用單根鋼絞線(5 300 mm×21.6 mm)，排距為2 000 mm. 頂部采用d6 mm的鋼筋網(wǎng)，幫部采用2 000 mm×2 400 mm菱形金屬網(wǎng)。兩幫各采用3根螺紋鋼錨桿(2 000 mm×d20 mm)進(jìn)行支護(hù)，間排距為800 mm×1 000 mm. 原支護(hù)設(shè)計圖見圖2，62711工作面軌道順槽恒阻錨索支護(hù)設(shè)計圖見圖3.

圖2 原支護(hù)設(shè)計圖

圖3 62711工作面軌道順槽恒阻錨索支護(hù)設(shè)計圖

為防止切頂過程中和采空區(qū)頂板周期來壓期間留巷段頂板失穩(wěn)或冒頂，按照中國礦業(yè)大學(xué)設(shè)計，采用恒阻錨索對巷道進(jìn)行超前支護(hù)。恒阻錨索直徑為21.6 mm，長度8 300 mm，恒阻值為33 t±2 t，恒阻器直徑為68 mm，長度為500 mm. 根據(jù)杜兒坪礦以往支護(hù)方式、巷道變形情況及支護(hù)強度驗算，布置3排恒阻錨索，第一列恒阻錨索距留巷幫500 mm，排距1 000 mm；第二列、第三列恒阻錨索分別在原有錨索中間位置隔空布置，其中，第二列恒阻錨索間的排距為2 000 mm，第三列恒阻錨索間的排距為4 000 mm，預(yù)緊力28 t.

2.2 頂板預(yù)裂切縫爆破設(shè)計

根據(jù)施工設(shè)計，預(yù)裂切縫孔深度為6.0 m. 切縫孔布置在巷道采幫與頂板交接位置處，考慮到施工空間限制及頂板巖性，切頂孔與鉛錘方向成10°(向采空區(qū)方向)，切縫孔直徑為48 mm. 由于工作面頂板以砂巖為主，炮孔間距設(shè)計為500 mm，每排1個切頂孔。

根據(jù)現(xiàn)場多次多種裝藥觀測，最終確認(rèn)4連孔爆破，每5孔為一組，4連孔裝藥(炸藥規(guī)格d35 mm×200 mm/卷)，一孔觀測。裝藥孔每孔裝3根聚能管，聚能管外徑42 mm，內(nèi)徑36.5 mm，管長1 500 mm，采用3+3+1的裝藥方式，即第1、第2根聚能管裝3卷乳化炸藥，第3根裁切至1 m后，裝1卷乳化炸藥，封孔長度為2 m.

3 應(yīng)用效果分析

3.1 工作面礦壓監(jiān)測

62711工作面支架共145架，支架型號為ZY5000-12/28. 支架中心距1.5 m，額定工作阻力5 000 kN. 工作面每10架布置一個礦壓監(jiān)測點，共計15個監(jiān)測點。礦壓監(jiān)測點布設(shè)情況見圖4.

圖4 62711工作面礦壓監(jiān)測點布置圖

通過監(jiān)測數(shù)據(jù)得到工作面支架壓力變化曲線，見圖5.由圖5分析得到工作面支架壓力及來壓步距情況，見表1.

由圖5和表1可知，與工作面未受切頂影響部分周期來壓步距相比，工作面切頂側(cè)周期來壓步距較大，周期來壓步距的增加表明在切頂爆破的影響下，工作面切頂側(cè)直接頂垮落高度大且塊度小(碎脹系數(shù)大)，沿空側(cè)采空區(qū)充填效果好，形成碎脹的矸石通常可以將采空區(qū)充滿，基本頂發(fā)生回轉(zhuǎn)的空間較小，回轉(zhuǎn)角越小，因此回轉(zhuǎn)變形也較小，導(dǎo)致基本頂不易發(fā)生斷裂，即斷裂步距加大。

3.2 巷道頂?shù)装遄冃伪O(jiān)測

距離62711開切眼100 m范圍內(nèi)，每20 m布置一個測點，以開切眼位置為1#測點，共計6個測點。測點頂?shù)装逡平孔兓€見圖6.

圖5 工作面支架壓力變化曲線圖

工作面上部支架工作面中部支架工作面下部支架最大壓力/MPa平均壓力/MPa平均步距/m最大壓力/MPa平均壓力/MPa平均步距/m最大壓力/MPa平均壓力/MPa平均步距/m2816.514.3302112.5352416.7平均壓力/MPa20.5平均步距/m14.5

由圖6可以看出，6個測點的變化曲線圖走勢基本吻合，隨著工作面的推進(jìn)，測點的巷道高度發(fā)生變化，頂?shù)装逡平吭诓粩嘣龃螅?dāng)測點距離工作面較遠(yuǎn)時，巷道高度慢慢穩(wěn)定，頂?shù)装逡平坎辉侔l(fā)生變化。現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)測點滯后工作面10～15 m，巷道高度開始降低，但是變化幅度較小；當(dāng)測點滯后工作面距離為120～160 m，巷道高度變化趨勢明顯增大，即頂?shù)装逡平吭龇鶆×遥划?dāng)測點滯后工作面250～260 m以外時，巷道高度趨于穩(wěn)定，此時頂?shù)装逡平繋缀醪辉僭黾印?shù)據(jù)顯示，1#—6#測點最大頂?shù)装逡平繛?.38～0.44 m.

圖6 測點頂?shù)装逡平孔兓€圖

4 結(jié) 論

1) 切頂卸壓自動成巷無煤柱開采技術(shù)在西山煤電集團(tuán)杜兒坪礦實施以來，回采近1 000 m，留巷段巷道頂板整體向采煤幫傾斜；現(xiàn)場巷道寬度不采幫受力位移量比采煤幫大，留巷段均有不同程度底鼓。

2) 總體來看，留巷效果較好，頂?shù)装逡平孔畲?.0 m，底鼓量最大0.7 m，均符合設(shè)計要求。“切頂卸壓自動成巷無煤柱開采技術(shù)”在緩解各礦井銜接緊張和提高資源回收率方面具有很高的社會經(jīng)濟效益。