切頂卸壓自動成巷無煤柱開采技術應用分析

靳鵬飛

（山西煤炭運銷集團 蓋州煤業有限公司，山西 高平 048400）

1 切頂卸壓自動成巷無煤柱采煤技術工作原理

爆破預裂切割頂板卸壓的自動成巷無煤柱開采技術充分借助了采場周期來壓來爆破預裂切割頂板，科學、合理的支撐老頂與隔斷老塘，讓沿空成巷無煤柱開采理論與相關技術實現了新突破；同時，通過對恒阻大變形防沖擊錨索的有效應用，使得成巷頂板得到了合理控制，老頂來壓沖擊問題得到了成功解決；進一步研究與應用了聚能爆破切頂技術、恒阻防沖大變形新型錨索以及遠程監控留巷全過程頂板活動等，實現了關鍵技術的重大突破。

2 開采煤層及工作面概述

晉能集團蓋州煤業開采3#、9#、15#煤層，現開采9#煤層，礦井絕對涌出量為2.13 m3/min，相對瓦斯涌出量1.46 m3/t，為低瓦斯礦井，9#煤層煤塵無爆炸性，自燃傾向性等級為Ⅲ級，屬于不易自燃煤層。

9103工作面9#煤層平均厚度1.7 m，抗壓強度11 MPa，直接頂板為砂質泥巖，平均3.8 m，薄層狀結構，局部破碎塊狀水平層理發育；基本頂板為泥巖，平均4.1 m，泥質結構；直接底板為粉砂巖，平均2.2 m，中粗粒結構。

3 沿空留巷主要技術參數

9103工作面回風順槽沿9#煤層底板破頂掘進，順槽實際長1820 m，應用切頂卸壓自動成巷技術進行留巷作業，所留巷道作為9105工作面回風順槽使用。

為使切頂期間以及巷道周期來壓期間巷道更穩定，在進行頂板預裂切縫前可借助恒阻大變形錨索來對巷道進行進一步加固，所用的恒阻錨索為Φ21.8 mm×8300 mm鋼錨索，預緊力不小于28 t，恒阻值為33 t±2 t。恒阻器外徑為72 mm，恒阻器長度為500 mm，最大允許變形量350 mm；為提高沿空巷幫頂板支護質量，靠近切頂線的恒阻錨索排距為1000 mm，每排1根，相鄰恒阻大變形錨索用W型鋼帶連接，恒阻錨索距切頂線為300 mm，切頂線距巷道正幫300 mm，巷中恒阻錨索排距為2 m，巷中錨索與沿空側錨索間距為1.5 m。

切縫孔距巷道正幫為300 mm，與鉛垂線夾角為15°（傾向采空區側），切縫孔間距為600 mm，切頂預裂爆破施工超前工作面不得小于30 m，可依據具體設計參數來進行聚能爆破孔的施工，可沿工作面實際推進方向，按照推進次序來實施預裂爆破作業，最終開辟出一條預裂切縫線。切縫預裂鉆孔設計施工見圖1，切縫預裂鉆孔平面布置見圖2。

圖1 切縫預裂鉆孔設計施工

圖2 切縫預裂鉆孔平面布置

爆破采用聚能管雙向爆破，該爆破技術是在對比研究多種聚能爆破和定向控制爆破方法的基礎上人們研制出的一種安全、高效的新型聚能爆破技術，其實際施工工藝相對較簡單，只需把炮孔開于預裂線上，借助雙向聚能裝置來裝藥，同時讓聚能方向與巖體預裂方向相對應。實際爆破作業產生的爆轟產物會沿兩設定方向產生聚能流，形成集中拉張應力，讓預裂炮孔科學、合理的貫穿于聚能方向，可形成預裂面。因兩相鄰鉆孔間的巖石為拉斷狀態，這樣會大幅降低爆破炸藥的單耗情況，同時受聚能裝置對圍巖產生的保護作用的影響，鉆孔四周的巖體也不容易損傷，因此該技術不僅能起到預裂的作用，而且還能起到有效保護沿空巷道頂板的作用。

因工作面頂板的垮落作用，會對留巷邊緣處頂板在某種程度上起到一定的摩擦下墜效果，所以應強化頂板支護作用，同時為有效防止采空區的矸石大幅涌入巷道，還應進行擋矸支護作業。采用U型鋼與單體柱交替安裝并掛設菱形網來進行擋矸支護，沿空側U型鋼擋矸腿間距600 mm，貼幫單體柱間距600 mm，U型鋼采用25號礦用U型鋼，每根長度2.0 m，每兩根組成一根伸縮柱，中間用專用鎖具固定，上部焊接Φ40 mm×200 mm的圓鋼插入切縫孔中固定牢固，鋼筋網采用菱形網，留巷段懸掛的鋼筋網必須與頂板鋼筋網綁扎牢固，下部接底與U型鋼綁扎。網片搭接100 mm，采用14#鉛絲孔孔綁扎牢固。

4 施工中存在關鍵問題

1）因過高或過低的斷頂卸壓都對應力集中的消除不利，不合理的斷頂卸壓還可能致使應力轉移至巷道處，出現適得其反的效果，對此，應借助技術分析，來確定斷頂卸壓大小，并應科學、合理的確定斷頂卸壓的層位。

2）因實施定向聚能深孔爆破作業時，應鉆設相對較深的炮孔，這樣使用傳統的礦井爆破鉆孔器一般很難滿足實際需求，通常應采用定向聚能深孔專用聚能爆破筒設備，炮棍設備以及相關封孔設備等進行鉆孔作業。

3）斷頂卸壓工作的實際施工工藝相對較復雜，不僅有打孔作業，裝設炸藥工作，而且還包括封孔作業以及合理的放炮作業等，因此，應指派相關專業技術人員來進行現場監督指導工作。

5 結語

切頂卸壓沿空留巷技術主要是通過切頂來形成一有效的卸載空間,進而把壓力科學、合理的轉移至距巷道較遠的地方，以使巷道達到大幅減輕受壓的目的，最終實現無煤柱開采，收到降低采掘比有效提升礦井資源回收率效果。應用此項技術進行采煤作業，不僅能很好的避免因留設煤柱而引發的沖擊地壓災害以及瓦斯突出災害等，而且還能實現Y型通風，是解決深部采空區瓦斯積聚與工作面上隅角瓦斯積聚等問題的較佳方法。該技術在礦井日常生產作業中的成功實施有助于礦井的增產增效，同時可減少對臨近巷道產生的動壓影響、有效降低巷道維護成本，進一步減少巷道產生的二次維修量，此外還能大幅減輕職工的勞動強度，提升煤礦開采作業安全系數，科學緩解礦井的采掘接替問題，降低礦井的成本。此項技術在礦井生產作業中值得推廣。