礦井無煤柱開采技術的設計與應用

李亞運

（山西煤炭運銷集團金塬達煤業有限公司，山西臨汾 041000）

0 引言

隨著我國煤礦開采工作深入開展，任務量不斷增加，開采過程中存在的問題也日益彰顯出來，其中開采技術的問題導致了資源的大量浪費，煤柱留設的問題造成了一定的風險，因此無煤柱開采技術應運而生。隨著該技術的深入應用，煤炭資源的回采率得到了極大提升，同時有效避免了風險問題。作為一種環保、高效、安全的開采技術，近年來無煤柱開采技術受到了各個行業的重視[1]。

1 切頂卸壓自動成巷無煤柱開采技術

1.1 技術原理

切頂卸壓自動成巷無煤柱開采技術的原理就是針對巷道內部接近工作面的頂板，通過運用雙向聚能拉伸爆破技術來實施預裂爆破，充分把握并運用巖石的特征，改善頂板受力的狀態，從而形成一個全新的結構弱面，促使頂板可以基于原始的高度來垮落成巷幫，進而與相應的巷旁支護技術相結合，增強巷道的穩定性，以達到卸壓的目的。通過運用無煤柱開采技術所形成的巷道，不僅可以阻絕相應的毒害氣體，而且可以提升循環使用率，極大降低了開采工作的成本[2]。

1.2 巷道頂板的控制技術

在運用無煤柱開采技術的過程中，不僅要依靠于雙向聚能拉伸爆破技術，而且需要充分運用控制技術來增強巷道的可靠性，如果不采取有效措施及時控制頂板，就會導致離層出現沉降問題，最終將會產生巷道變形，進而導致巷道的危險性不斷擴大。在巷道不能正常使用時，可以運用恒阻大變形錨索來避免頂板變形問題的產生。

巷道頂板的控制技術的工作原理是處于頂層變形的前期階段，就需要運用恒阻大變形索來進行施工，利用錨索自身所具有的預應水平來加固四周的塑性，從而確保了巷道圍巖的穩定性，并且不管是中期或是后期，恒阻大變形錨索的性能可以為巷道進行有效的支護[3]。

1.3 技術特點

與開采的傳統模式及技術相比，切頂卸壓無煤柱開采技術可以通過轉變頂板受力的狀態，減少開采工作所需的成本，提高回采率，從而徹底清除隱患問題。在運用無煤柱開采技術的過程中，最關鍵的技術就是雙向爆破技術，充分運用該技術來定向截割煤層，促使頂板和采空區相互分離，以有效改善頂板圍巖存在的受力狀況，拓寬其他開采技術的作業范圍。如果要使用傳統的開采技術，就必須在巷旁設置相應的支護設備，并且還應當設置煤柱，而無煤柱開采技術可以轉變頂板受力的狀態，通過設置切頂來完成煤礦的垮落，不僅可以提升煤炭開采的效率，而且不需要再額外設置相應的設備或煤柱，極大地降低了成本，避免了資源的浪費，并且使減少了安全隱患。

2 煤礦切頂卸壓的設計方案

2.1 頂板雙向預裂爆破設計

2.1.1 切頂高度

這種無煤柱開采技術的關鍵就在于雙向爆破技術，在使用該技術之前應當明確相應的參數，之后才可以運用到實際開采工作中。雙向爆破技術所運用的參數主要有切頂的高度、角度及爆破時鉆孔的間距，其中在采用雙向爆破技術截割頂板的過程中切頂高度是其所需的數值，利用數值模擬方法來計算出最恰當的切頂高度。在對開采煤巖中各個巖層的力學參數進行綜合考慮之后，利用數值模擬法來進行計算，將其結果與現場實際相結合，最終得到確切的切頂高度[4]。

2.1.2 切頂角度

切頂角度的計算與切頂高度的計算方法相似，也需要經過數值模擬模型來計算各個切頂角度，并將結果實施對比，選擇最佳的方案來確保巷道的穩定性。切頂角度的選擇會對巷道圍巖造成相應的影響，通常采用20°或15°，根據計算取得的切頂高度，創建有效的模型，以計算出兩個切頂角度下的數值[5]。針對各個角度背景下采空區所處的狀態，選擇最佳的切頂角度。

2.1.3 爆破鉆孔間距

在無煤柱開采技術的應用中，爆破鉆孔間距是其核心部分，科學的間距可以有效避免巖體受到爆破的損壞，在對爆破鉆孔的間距加以明確的過程中，必須經過現場試驗，針對各個間距開展相應的爆破試驗，并對結果進行歸納和分析，結合工作人員的經驗，選擇最佳的數值來作為間距。根據開采經驗，可以在400 mm、600 mm 和800 mm 三個數值中進行選擇。通常來講，在實施爆破的時候都會使用相應的炸藥及雙向聚能管，通過研究爆破之后的孔的效果來確定炸藥的詳細參數。

在對施工過程中所需的參數進行計算之后，還需要設計出有效的切頂卸壓方案，在確定關鍵參數的過程中，不僅可以運用數值模擬模型和現場檢測的方法，而且還可以利用工程類比法來設計出工程參數[6]。隨后，與各個煤礦的實際狀況相結合，明確各個鉆孔中存在的聚能管數量、炸藥的規格及類型，在首次爆破之后，還應當仔細觀察鉆孔的狀況，分析其效果，進而對爆破的參數加以調節，最終實施封泥。

2.2 巷內和巷旁的支護方案

在對裝藥及開采的參數進行設計時，制定詳細的設計方案，同時還需要設計出巷道支護的方案。其中包含了頂板、間距、兩幫等，最終建立起有效的支護方式。例如，頂板可以運用φ18 mm×1 800 mm 的左旋無縱肋螺紋鋼錨桿，間距設置為1 000 mm×1 000 mm，托盤則需要使用蝶形鐵托盤；而巷道兩幫則可以使用φ20 mm×2 000 mm 的玻璃鋼錨桿，間距設置為1 050 mm×1 500 mm，托盤則使用相配套的托盤，運用相應規格的鋼絞線，其間距為2 000 mm×2 000 mm，另外，在各個斷面上都應當設置3 個錨索，并且利用W 形鋼帶來完成連接[7]。

3 應用效果

山西煤炭運銷集團金塬達煤業在以往所進行的開采作業中，所采用的是留煤柱開采形式，應當在2個相鄰礦井的區段中配置相應的煤柱。盡管巷道具備較高的掘進率，但也出現了資源浪費問題及其他的問題，綜合考慮該區段內頂板所具有的特征，通過對該煤業公司所有的地質特點進行詳細調查，在全面考慮煤礦的實際狀況及無煤柱開采技術的原理與特征之后，在該煤業的作業面中采取這種無煤柱開采技術進行試驗。首先，運用數值模擬的方法來分析現場爆破狀況，對開采工作所需的各個參數進行計算與明確，最終在高6 m的部位以15°為切入角進行作業，從而將爆破鉆孔的間距設置在600 mm處，通過對運用無煤柱開采技術開采的煤礦工作面進行分析之后發現，作業現場的通風效果得到明顯提升，回采率得到了最大限度的提升，具備較好的效果，并且形成了回風巷，極大保證了工作人員的人身安全[8]。

4 結束語

在運用無煤柱開采技術的過程中，雙向爆破技術是其核心，并且與切頂卸壓無煤柱技術相結合來完成無煤柱開采，同時也可以極大減少成本投入，提高企業的經濟效益。通過開展相關試驗，并對結果進行分析發現，雙向聚能爆破技術不僅可以對頂板的卸壓造成影響，而且可以對增高區的分布造成一定的影響，因此，對頂板卸壓無煤柱開采技術進行深入研究，推動煤礦開采工作的持續發展。