切頂卸壓自動成巷無煤柱開采技術應用分析

（汾西礦業(yè)集團水峪煤業(yè) 山西 032300）

切頂卸壓自動成巷無煤柱開采技術作為一種安全、高效的新型技術，可以有效提升煤炭資源的回收率，避免了后續(xù)的礦山災害。且隨著我國采煤技術的不斷完善，我國開采技術歷經(jīng)了三次重大的變革。通過相關的變革，實現(xiàn)了整體技術的精進以及后續(xù)的有效應用?！伴L壁開采”是我國目前應用范圍最廣、最為普遍的開采方法。在開采過程前，需要預留煤柱，以確保后續(xù)工程的有效。但煤柱在預留過程中，會造成大量的資源損失，存在相關的安全隱患。為了全面解決相關問題，我國提出了“切頂斷臂梁”理論。利用礦山自有壓力，切斷部分頂板，保證壓力實現(xiàn)有效遞減，實現(xiàn)自動成巷。同時，也對于無煤柱開采具有明顯的應用性。

1.切頂卸壓自動成巷技術原理

(1)切頂卸壓自動成巷的基本原理

圖1 切頂卸壓自動成巷技術原理

對切頂卸壓自動成巷技術進行分析，可以得知整體技術運用了礦山壓力，在采空區(qū)域側進行切頂。通過相關工程，保證礦山壓力產(chǎn)生遞減。同時，利用頂板巖層的自有重量，實現(xiàn)了自動成巷以及無煤柱開采[1]。切頂卸壓自動成巷技術可總結為以下四大點：其一為“拉得住”；其二為“切得開”；其三為“下得來”；其四為“護得好”。采用具有明顯應用力的拉索，預留出部分頂板，在靠近采空區(qū)預測，實現(xiàn)切頂操作。保證采空區(qū)頂板能夠有效實現(xiàn)全面降落，在采空區(qū)進行液壓支架，有效實現(xiàn)后續(xù)工程操作（圖1所示）。

(2)切頂卸壓自動成巷的技術特點

圖2 切頂卸壓自動成巷技術特點

切頂卸壓自動成巷技術可以有效切斷頂板的壓力傳遞，使相關的工程實現(xiàn)有效的采掘，解除高應力環(huán)境下的自有威脅。首先，其消除了工作面上方應力集中現(xiàn)象，通過核爆技術，可以對復巖層以及巷道頂板進行定向切割，實現(xiàn)有效分離，確保二者之間的應力傳播途徑具有明顯的變形特征[2]。此外，可以明顯對采空區(qū)的頂板跨落實現(xiàn)全面改建，以保證采空區(qū)頂板按照設定軌跡實現(xiàn)全面提升，減小采掘比，改變傳統(tǒng)的“一面兩巷”采掘方式。利用落地掩體，實現(xiàn)工人勞動強度降低，提升生產(chǎn)效率的效果。此外，還可以實現(xiàn)無煤柱開采，切頂卸壓自動成巷可以實現(xiàn)有效的開采模式，避免了預留煤柱引發(fā)的瓦斯突出、煤層自燃等災害，全面降低了工作難度以及工作危險性（圖2所示）。

2.切頂卸壓自動成巷技術施工中的相關問題

在切頂卸壓自動成巷技術中，因過高或過低的壓力，均會對其應力集中產(chǎn)生一定的不良因素[3]。因此，斷頂卸壓必須實現(xiàn)全面應用，以防止其后續(xù)出現(xiàn)應力轉移，導致整體工程出現(xiàn)明顯的阻礙。施工隊應借助相關的技術，推斷斷頂卸壓整體的大小，實現(xiàn)科學有效的規(guī)劃。確定斷頂卸壓的層位。此外，針對實施定向聚能深孔爆破作業(yè)過程當中，應設立相對應的炮孔，避免應使用傳統(tǒng)的礦井爆破所產(chǎn)生的不良因素。傳統(tǒng)的礦井爆破難以滿足工程的實際需求，因此，相關企業(yè)通常使用聚能深孔專用荷爆筒設備、炮棍設備等進行鉆孔作業(yè)，整體的作業(yè)形式以及質量亟待提升。最后，在斷頂卸壓工作的實際施工工藝當中，由于其自身工藝極為復雜，此外，其打孔作業(yè)、裝設炸藥等工作也必須實現(xiàn)合理的參數(shù)。因此，相關工作人員必須實現(xiàn)全面的技能提升，并且確?，F(xiàn)場專業(yè)的指導性，以便實現(xiàn)后續(xù)的監(jiān)督工作。

3.切頂卸壓自動成巷的關鍵技術分析

（1）恒阻大變形錨索支護技術。在進行相關技術的工作過程當中，應預留相關的巷道板，通過恒阻大變形錨索實現(xiàn)全面增強。當圍巖出現(xiàn)較大變形時，可以阻止其在套管內發(fā)生滑移。自有阻力保持不變，避免圍巖變形所產(chǎn)生的錨索斷裂、失效等現(xiàn)象?？梢院侠碛行У目刂茋鷰r變形，為后續(xù)工程帶來全新的保障。

①超前支護區(qū)。首先，對于整體的支護技術需要采用超前支護區(qū)進行配合，通常采用單體液壓柱進行超前支護。需要注意的是，在單體支柱采用“一梁三柱”的方式進行垂直巷道布置當中，其間距必須保證有效合理。推薦間距為1800mm，排距為1000mm。

②架后臨時支護區(qū)。在相關巷道位于工作面后，對于采空隙頂板，巖石塌落會使巷道頂板產(chǎn)生一定的摩擦力，巷道壓力作用明顯。因此，為了實現(xiàn)工程的有效加強，可以制定有效的支護方案。例如在每排當中布置4根相關的單體支柱，以應對巷道切縫的壓力。為了防止采空區(qū)的矸石竄入，必須對其使用“鋼筋網(wǎng)”以及“U型鋼”實現(xiàn)支護。鋼筋網(wǎng)可以采用6.5mm的鋼筋焊接網(wǎng)與頂板實現(xiàn)有效連接，若發(fā)生較為嚴重的落矸石現(xiàn)象時，可以再內部在額外添加菱形金屬網(wǎng)，加強支護效果。

（2）頂板定向預裂切縫技術。在后續(xù)的推進過程當中，充分利用巖石自身的力學特征，實現(xiàn)有效的拉伸，對相關裝置進行聚能爆破。當運用相關炸藥后，設定方向，形成聚能射流，并產(chǎn)生后續(xù)的拉力。在工作面回采前，采用定板定向預裂切縫技術，在巷道處形成定向預裂縫，切斷頂板應力的傳輸路徑，保證壓力有效減少。

（3）巷旁支護技術分析概覽。在預裂切頂后，頂板在巖石下的壓力形成碎石區(qū)，影響了巷道的正常使用。為了避免此類情況的發(fā)生，可以在工作當中采取降低采空區(qū)冒落矸石影響，實現(xiàn)全面的支護技術。例如，采用“單體液壓支柱”以及“U型網(wǎng)”等，在煤炭層較厚時進行全面支護。

（4）強化相關施工人員的自有技術。在后續(xù)的設定過程當中，為了保證整體項目的有效，必須加強相關施工人員的整體工作技術，對后續(xù)建設實現(xiàn)全面加強。例如，對施工隊的施工人員實現(xiàn)技術的培養(yǎng)，可以采取“理論”加“實踐”的模式，提升施工隊員的整體認知。同時，在實踐過程當中，設定相關的問題，以激發(fā)施工人員的應對模式。對施工隊伍內部實現(xiàn)配比，以“1”加“N”的模式，實現(xiàn)建設。其中，“1”指具有執(zhí)行力或引導力的技術性人員，而“N”則為具有實踐能力的操作人員。在“1”加“N”的配合當中，將有效實現(xiàn)切頂卸壓自動成巷技術。

4.切頂卸壓自動成巷技術的相關數(shù)值計算

對相關的數(shù)值進行模擬分析，首先必須對切頂卸壓自動成像技術原理實現(xiàn)全面研究。例如，運用“UDEC”建立相關的計算模型，實現(xiàn)切縫以及無切縫的模式轉換。對垂直位移或頂板跨入情況進行相關的數(shù)值計算，對計算結果進行全面掌握，得出以下計算方法。并根據(jù)施工現(xiàn)場的實際情況，推算后續(xù)的數(shù)值反應，為整體施工帶來有效的基礎認知（如圖3所示）。

圖3 切縫時上覆巖運移圖

根據(jù)圖3，可以得知，在煤層回采后，受上層巖石的擠壓，其頂板自身出現(xiàn)一定層次的破斷。這種破斷將直接導致沿煤幫里部斷裂，形成交接形式的長懸臂梁。因此，在切縫后，必須對頂板沿切縫處結構實現(xiàn)有效處理，填充采空區(qū)，達到有效的支撐性。減少了“老底下沉”以及“回轉變形壓力”等現(xiàn)象，同時，自有切縫必須與相關角度切入，老底到達相關深度，保證老底沿切縫處斷裂，減弱采空區(qū)的荷載力，實現(xiàn)延時傳遞的后果，減少圍巖變形。切縫技術可以全面切斷，確保巷道以及采空區(qū)頂板之間的連接，促使巷道變形量得到全面控制。

5.結束語

綜上所述，切頂卸壓自動成巷無煤柱開采技術，可以有效避免預留煤柱而產(chǎn)生的資源浪費現(xiàn)象。并且根據(jù)施工隊的相關數(shù)值，可以全面的進行支護技術的模擬，對其上覆板的變形技術實現(xiàn)必要的加強。有效的分析出巷道以及采空區(qū)頂板之間的應力傳遞，使其整體變形結果有效控制，極大范圍的減少了圍巖變形量，為后續(xù)工程提供必要的措施。