礦井無煤柱開采技術(shù)的設(shè)計與應(yīng)用

李亞運(yùn)

（山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)金塬達(dá)煤業(yè)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(wù)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(shù)的問題導(dǎo)致了資源的大量浪費(fèi)，煤柱留設(shè)的問題造成了一定的風(fēng)險，因此無煤柱開采技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。隨著該技術(shù)的深入應(yīng)用，煤炭資源的回采率得到了極大提升，同時有效避免了風(fēng)險問題。作為一種環(huán)保、高效、安全的開采技術(shù)，近年來無煤柱開采技術(shù)受到了各個行業(yè)的重視[1]。

1 切頂卸壓自動成巷無煤柱開采技術(shù)

1.1 技術(shù)原理

切頂卸壓自動成巷無煤柱開采技術(shù)的原理就是針對巷道內(nèi)部接近工作面的頂板，通過運(yùn)用雙向聚能拉伸爆破技術(shù)來實施預(yù)裂爆破，充分把握并運(yùn)用巖石的特征，改善頂板受力的狀態(tài)，從而形成一個全新的結(jié)構(gòu)弱面，促使頂板可以基于原始的高度來垮落成巷幫，進(jìn)而與相應(yīng)的巷旁支護(hù)技術(shù)相結(jié)合，增強(qiáng)巷道的穩(wěn)定性，以達(dá)到卸壓的目的。通過運(yùn)用無煤柱開采技術(shù)所形成的巷道，不僅可以阻絕相應(yīng)的毒害氣體，而且可以提升循環(huán)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(shù)

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

巷道頂板的控制技術(shù)的工作原理是處于頂層變形的前期階段，就需要運(yùn)用恒阻大變形索來進(jìn)行施工，利用錨索自身所具有的預(yù)應(yīng)水平來加固四周的塑性，從而確保了巷道圍巖的穩(wěn)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(jìn)行有效的支護(hù)[3]。

1.3 技術(shù)特點

與開采的傳統(tǒng)模式及技術(shù)相比，切頂卸壓無煤柱開采技術(shù)可以通過轉(zhuǎn)變頂板受力的狀態(tài)，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(yùn)用無煤柱開采技術(shù)的過程中，最關(guān)鍵的技術(shù)就是雙向爆破技術(shù)，充分運(yùn)用該技術(shù)來定向截割煤層，促使頂板和采空區(qū)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(shù)的作業(yè)范圍。如果要使用傳統(tǒng)的開采技術(shù)，就必須在巷旁設(shè)置相應(yīng)的支護(hù)設(shè)備，并且還應(yīng)當(dāng)設(shè)置煤柱，而無煤柱開采技術(shù)可以轉(zhuǎn)變頂板受力的狀態(tài)，通過設(shè)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(shè)置相應(yīng)的設(shè)備或煤柱，極大地降低了成本，避免了資源的浪費(fèi)，并且使減少了安全隱患。

2 煤礦切頂卸壓的設(shè)計方案

2.1 頂板雙向預(yù)裂爆破設(shè)計

2.1.1 切頂高度

這種無煤柱開采技術(shù)的關(guān)鍵就在于雙向爆破技術(shù)，在使用該技術(shù)之前應(yīng)當(dāng)明確相應(yīng)的參數(shù)，之后才可以運(yùn)用到實際開采工作中。雙向爆破技術(shù)所運(yùn)用的參數(shù)主要有切頂?shù)母叨取⒔嵌燃氨茣r鉆孔的間距，其中在采用雙向爆破技術(shù)截割頂板的過程中切頂高度是其所需的數(shù)值，利用數(shù)值模擬方法來計算出最恰當(dāng)?shù)那许敻叨?。在對開采煤巖中各個巖層的力學(xué)參數(shù)進(jìn)行綜合考慮之后，利用數(shù)值模擬法來進(jìn)行計算，將其結(jié)果與現(xiàn)場實際相結(jié)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(jīng)過數(shù)值模擬模型來計算各個切頂角度，并將結(jié)果實施對比，選擇最佳的方案來確保巷道的穩(wěn)定性。切頂角度的選擇會對巷道圍巖造成相應(yīng)的影響，通常采用20°或15°，根據(jù)計算取得的切頂高度，創(chuàng)建有效的模型，以計算出兩個切頂角度下的數(shù)值[5]。針對各個角度背景下采空區(qū)所處的狀態(tài)，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(shù)的應(yīng)用中，爆破鉆孔間距是其核心部分，科學(xué)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(jīng)過現(xiàn)場試驗，針對各個間距開展相應(yīng)的爆破試驗，并對結(jié)果進(jìn)行歸納和分析，結(jié)合工作人員的經(jīng)驗，選擇最佳的數(shù)值來作為間距。根據(jù)開采經(jīng)驗，可以在400 mm、600 mm 和800 mm 三個數(shù)值中進(jìn)行選擇。通常來講，在實施爆破的時候都會使用相應(yīng)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(xì)參數(shù)。

在對施工過程中所需的參數(shù)進(jìn)行計算之后，還需要設(shè)計出有效的切頂卸壓方案，在確定關(guān)鍵參數(shù)的過程中，不僅可以運(yùn)用數(shù)值模擬模型和現(xiàn)場檢測的方法，而且還可以利用工程類比法來設(shè)計出工程參數(shù)[6]。隨后，與各個煤礦的實際狀況相結(jié)合，明確各個鉆孔中存在的聚能管數(shù)量、炸藥的規(guī)格及類型，在首次爆破之后，還應(yīng)當(dāng)仔細(xì)觀察鉆孔的狀況，分析其效果，進(jìn)而對爆破的參數(shù)加以調(diào)節(jié)，最終實施封泥。

2.2 巷內(nèi)和巷旁的支護(hù)方案

在對裝藥及開采的參數(shù)進(jìn)行設(shè)計時，制定詳細(xì)的設(shè)計方案，同時還需要設(shè)計出巷道支護(hù)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(hù)方式。例如，頂板可以運(yùn)用φ18 mm×1 800 mm 的左旋無縱肋螺紋鋼錨桿，間距設(shè)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(shè)置為1 050 mm×1 500 mm，托盤則使用相配套的托盤，運(yùn)用相應(yīng)規(guī)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(yīng)當(dāng)設(shè)置3 個錨索，并且利用W 形鋼帶來完成連接[7]。

3 應(yīng)用效果

山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)金塬達(dá)煤業(yè)在以往所進(jìn)行的開采作業(yè)中，所采用的是留煤柱開采形式，應(yīng)當(dāng)在2個相鄰礦井的區(qū)段中配置相應(yīng)的煤柱。盡管巷道具備較高的掘進(jìn)率，但也出現(xiàn)了資源浪費(fèi)問題及其他的問題，綜合考慮該區(qū)段內(nèi)頂板所具有的特征，通過對該煤業(yè)公司所有的地質(zhì)特點進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，在全面考慮煤礦的實際狀況及無煤柱開采技術(shù)的原理與特征之后，在該煤業(yè)的作業(yè)面中采取這種無煤柱開采技術(shù)進(jìn)行試驗。首先，運(yùn)用數(shù)值模擬的方法來分析現(xiàn)場爆破狀況，對開采工作所需的各個參數(shù)進(jìn)行計算與明確，最終在高6 m的部位以15°為切入角進(jìn)行作業(yè)，從而將爆破鉆孔的間距設(shè)置在600 mm處，通過對運(yùn)用無煤柱開采技術(shù)開采的煤礦工作面進(jìn)行分析之后發(fā)現(xiàn)，作業(yè)現(xiàn)場的通風(fēng)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(fēng)巷，極大保證了工作人員的人身安全[8]。

4 結(jié)束語

在運(yùn)用無煤柱開采技術(shù)的過程中，雙向爆破技術(shù)是其核心，并且與切頂卸壓無煤柱技術(shù)相結(jié)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(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。通過開展相關(guān)試驗，并對結(jié)果進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，雙向聚能爆破技術(shù)不僅可以對頂板的卸壓造成影響，而且可以對增高區(qū)的分布造成一定的影響，因此，對頂板卸壓無煤柱開采技術(shù)進(jìn)行深入研究，推動煤礦開采工作的持續(xù)發(fā)展。