運順切頂卸壓自動成巷技術(shù)及應(yīng)用

文/張淵

神東煤炭集團(tuán)哈拉溝煤礦以12201工作面為試點，通過爆破預(yù)裂切割頂板卸壓技術(shù)，改進(jìn)切頂卸壓項目實施工作中的不足，創(chuàng)新無煤柱開采方法，促進(jìn)了煤炭開采技術(shù)升級，提高了煤礦安全高效發(fā)展水平。

一、12201工作面巷道構(gòu)造特征

1.12201工作面概況

神東煤炭集團(tuán)哈拉溝煤礦12201綜采面為12煤二盤區(qū)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(wěn)定，北西為設(shè)計的12202工作面，其他方向無12煤設(shè)計的工作面。依據(jù)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(qiáng)度58MPa。

2.圍巖地質(zhì)構(gòu)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(qū)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(xì)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(xù)

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(fēng)順槽。12201綜采推進(jìn)172m后，推進(jìn)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(xù)關(guān)系如圖1所示。

圖112201 工作面與12202工作面接續(xù)關(guān)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(jù)公式計算導(dǎo)水裂隙高度為43m。根據(jù)巷道掘進(jìn)現(xiàn)有情況來看，巷道頂板有淋水現(xiàn)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(yù)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(nèi)共有水井60個，大部分水井內(nèi)有水，部分水井已打穿12煤層，回采前需提前進(jìn)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(shù)較高，爆炸性指數(shù)38.83%，具有爆炸危險，需采取降塵措施。煤層具有自然發(fā)火傾向，發(fā)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(shù)措施

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

根據(jù)切頂卸壓沿空留巷技術(shù)的特點及哈拉溝煤礦以往工作面礦壓強(qiáng)度顯現(xiàn)的不同程度，12201運順加固支護(hù)措施主要分為四段：一是12201運順超前支護(hù)措施，即采用恒阻錨索對巷道進(jìn)行超前加固支護(hù)；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(jìn)行加固支護(hù)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(jìn)行加固支護(hù)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(jìn)行加固支護(hù)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(hù)措施

（1）恒阻錨索加固支護(hù)相關(guān)參數(shù)設(shè)計。為了防止切頂過程中和周期來壓期間巷道頂板失穩(wěn)或冒頂，采用恒阻錨索對巷道進(jìn)行超前支護(hù)。恒阻錨索直徑為21.8mm，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(yù)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(hù)如圖2所示。

圖2 巷道斷面支護(hù)示意圖

（2）恒阻錨索施工工藝。

①12201運順斷面內(nèi)設(shè)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(yán)格按照預(yù)先點設(shè)的眼位，采用Φ28mm金剛石復(fù)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(kuò)孔鉆頭，將導(dǎo)向桿放入已鉆好的小孔內(nèi)連接鉆機(jī)進(jìn)行擴(kuò)孔（小孔與大孔必須同心），擴(kuò)孔深度500mm。

③打恒阻錨索眼孔夠深時鉆機(jī)要反復(fù)升落2～3次，以便把眼孔內(nèi)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(yīng)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(dǎo)管將錨固劑送入小孔內(nèi)，用鋼絞線頂至眼底，然后撤下導(dǎo)管，用錨索鉆機(jī)邊推進(jìn)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(wù)必以實際使用的錨固劑型號為準(zhǔn))后撤下鉆機(jī)。一般情況下，恒阻錨索外露180～300mm為宜，考慮現(xiàn)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(yù)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(jìn)去，然后把恒阻器推入錨孔內(nèi)，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(huán)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(jī)夾持恒阻錨索鋼絞線進(jìn)行張拉，張拉力值達(dá)到28t應(yīng)停止張拉。最后卸載，預(yù)緊力應(yīng)控制在280kN（28t）為驗收標(biāo)準(zhǔn)，撤下張拉機(jī)，完成安裝。待放炮距離超過20m后，為補(bǔ)償爆破震動引起的預(yù)緊力損失，實施2次預(yù)緊，預(yù)緊力亦必須達(dá)到28t以上。

2.工作面采空區(qū)內(nèi)留巷段巷道支護(hù)及擋矸措施

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

巷道正幫側(cè)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(jìn)行加固支護(hù)，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(jìn)行加固支護(hù)，支柱排距為2.0m；巷道負(fù)幫側(cè)距巷道中線為1.35m位置采用DW28-250/100型單體液壓支柱進(jìn)行加固支護(hù)，支柱排距為2.0m。

（2）12201運順留巷段架后30～100m范圍內(nèi)巷道加固及擋矸措施。12201運順留巷段架后30～100m范圍內(nèi)，采用單體液壓支柱替換桁架進(jìn)行巷幫支護(hù)和擋矸，支柱間距為0.6m。巷內(nèi)其他支護(hù)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(jìn)行巷幫支護(hù)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(nèi)單體液壓支柱支護(hù)，否則不予回撤，確保正常生產(chǎn)。

三、結(jié)論

神東煤炭集團(tuán)哈拉溝煤礦以12201工作面為試點，通過爆破預(yù)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(yù)防了留設(shè)煤柱帶來的災(zāi)害頻發(fā)、資源浪費、生產(chǎn)接替緊張、巷道維護(hù)等問題，為礦井降低生產(chǎn)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(shù)已成功留巷，副幫無鼓幫、巷道無竄矸現(xiàn)象，壓力及采空區(qū)氣體正常，在煤炭行業(yè)具有很高的推廣價值和意義。