杉木樹煤礦切頂卸壓沿空成巷無煤柱開采技術應用

＊郝躍清

（華陽新材料科技集團有限公司能源銷售集團 山西 045000）

雙向聚能張拉成型爆破技術的應用原理[1]。主要是通過雙向技能設備產生的拉應力，將拉應力設置一定方向上，將力量集中，就能促使巖體破裂，達到需要的開發(fā)效果。此技術實際上需要利用雙向蓄能設備的引導和對力度的壓制，對巖層造成雙向的能量累積效應，均勻壓縮非定向圍巖后，再在兩個方向上同時施以拉應力，就能夠通過集中拉伸的方式促使巖層發(fā)生定向斷裂，保障開采量和效率。

爆破技術始終是煤礦采空行業(yè)中的首要選擇[2]。尤其是近年來隨著社會發(fā)展，沿空留巷無煤柱技術在一般爆破開采技術的基礎上應運而生。具體應用過程中，工作人員需要使用雙向聚能爆破切割回采技術，在巷道頂板煤層上工作，通過合理支護手段的輔助，就能夠對相關的沿空留巷無煤柱開采進行全面優(yōu)化。上述技術是在傳統(tǒng)煤礦開采技術的基礎上衍生出的技術，優(yōu)勢在于可以產生周期性的地壓作用，該作用加持下的采礦場頂板沿預裂工作切割難度不高，最終在側墻輔助下隔離采空區(qū)，對周邊巖層起到支護作用，改善巷道圍巖周邊的應力環(huán)境，全面提升周邊環(huán)境穩(wěn)定程度。近年來，這種爆破技術在煤礦采空區(qū)沿空留巷無柱留巷開采技術中得到了應用。采用雙向聚能爆破切割回采工作面巷道頂板煤層，輔以其他支護手段，實現了沿空留巷無煤柱開采。無煤柱沿空留巷切頂卸壓成巷技術是對采煤工作面沿空留巷頂板進行預裂，切斷沿空巷道頂板與直接頂板、采場基本頂板的連接，補充采空區(qū)巷道頂板的其他支護手段，在周期性地壓作用下，采場頂板沿預裂工作面切割形成側墻，隔離采空區(qū)，支護上部移動巖層，改善巷道圍巖應力環(huán)境，將巷道圍巖應力向深部傳遞，實現了巷道的穩(wěn)定性。

項目由中國礦業(yè)大學（北京）與四川煤炭芙蓉公司白角煤礦聯合完成了一項新技術的研究，即沿空無煤柱開采關鍵技術[3]。該研究項目于2011年獲得了四川科技進步一等獎，同時為該技術申請了三項發(fā)明專利。但由于行業(yè)和技術環(huán)境對相關技術要求的提升，自2011年12月起，衫木樹煤礦開展了沿空留巷切頂卸壓開采關鍵技術的進一步研究，最終完成了符合礦井周邊和內部地質環(huán)境的切頂卸壓成巷技術，一方面降低了工作人員的開采難度，另一方面也減少了成本投入。

1.試驗地點概況

案例工程中的工作面采高處于1.2～1.5m之間。工程中風巷寬度為3.4m，高度則是2.3m，項目管理人員選擇的支護方式為“錨+梁+噴混凝土”，留巷后作為該工程工作面機巷，當工作面?zhèn)惹酗L巷形成后，觀察可知通風方式為Y型。同時B4上保護層空氣中瓦斯含量不高，且頂板脆性和切頂條件都較為合理，有利于新技術的落實。但隨著開采進度的發(fā)展，工作面漏風半徑也隨之增大，若不合理規(guī)劃，有可能會影響最終的開采效果。

2.工業(yè)性試驗及效果分析

(1)施工組織管理

一般的杉木樹煤礦切頂卸壓沿空成巷無煤柱開采過程中，工作人員會選擇“三到八”作業(yè)制度在博煤層采礦[4]。管理工作的重點環(huán)節(jié)以早班割頂爆破、錨索張拉以及設備維護等，中、夜班設置頂卸壓炮孔、工作面截煤頂推移動架、工字鋼點柱、擋煤矸石網，支護液壓單體支柱和鉸接頂梁；如果通風不能解決采空區(qū)側向泄壓瓦斯，新形成的邊墻可根據工作面進度在早班進噴漿，或根據其余工作面巷道改造的工程特點合理落實噴漿工作。

(2)切頂卸壓沿空成巷支護設計

案例工程中工作人員選的支護方式為“錨索+工字鋼點柱+擋矸石網+液壓單支柱鉸接頂板梁+噴射混凝土”，該工作方式具體要求如下：第一是在回采前，工作人員會沿巷道方向布置一排單錨索，并結合工程特點合理設置錨索距離。同時工程計劃中要求，單根錨索的長度要根據炮孔深度確定，一般取值原則為≥1.5，≤2.0。并根據開采需求在沿巷道中布置了一排間距為2.0m的“一梁兩錨索”項目，實際長度為5.4m。此外施工時工作人員控制單錨索和“一梁兩錨索”始終處于工作面前方，且距離＞40m。第二是工作面推移后，“一梁兩錨索”長度為5.4m，沿采空區(qū)沿切縫面設置一排工字鋼點柱，間距0.6m，并用木墊層楔緊。坑底必須按老柱的深度挖出。工字鋼點柱支座對支座尾部的滯后不大于0.6m。第三是工字鋼采空區(qū)側面鋪設長×寬=5.0m×1.6m，網孔長×寬=70mm×70mm的編織網，工作人員還將編織網頂部與工字鋼搭接長度控制在150mm左右。第四是在工程中采空區(qū)一面，距巷道中心線0.6m和1.4m兩處，工作人員均按1.0m的距離對兩排液壓單體展開支護，為保障穩(wěn)定性還增設鉸接頂梁。工程實際液壓支柱的初始支撐阻力＞90kN（11.4MPa）。施工過程中需要注意的是，當支柱穿底≥LM時，施工人員就必須穿礦柱鞋。此外，還要將液壓單體支柱和鉸接式頂梁支座與支座尾部之間的距離控制在0-0.5m。第五是在工作面前方20m的風巷段，采用高、低邊粘貼，同時支護兩排液壓單支柱間距在1.0m左右。第六是工程中雙排液壓單支柱和鉸接頂梁沿采空區(qū)支護在60m以上，且采空區(qū)基本穩(wěn)定垮落，超長段可回溯。第七是當有冒矸石柱的可能性或瓦斯涌出量較大時，應在沿空留巷的新側進行噴射混凝土處理，否則不進行噴射處理。

(3)雙向聚能爆破參數設計

該工程的雙向聚能爆破參數設計，需要管理人員注意工程周邊環(huán)境的穩(wěn)定程度[5]。將爆破工作的安全系數作為主要出發(fā)點，若穩(wěn)定性達標，可以一次設置多個爆破孔，縮短工期。

(4)雙向聚能爆破裝置制作

上文已經提到，雙向聚能爆破技術需要在巷道方向進行能量積累[6]。其實質是使爆轟產物在洞壁非定常方向產生均勻壓力，同時在兩個方向設定好集中張力，利用頂板定位拉伸斷裂線為后續(xù)采礦工作提供輔助。根據該案例特點，爆破管內裝藥長度需要達到1.3m，若爆破管沒有全部送入孔內，工作人員就要用長10cm，規(guī)格為14#的鉛絲穿過雙向聚能孔，控制兩端外露長度相等并向下彎曲。然后工作人員再將裝置中的連接段安裝在爆破管內，促使鉛絲粘在裝置上，檢查好穩(wěn)定程度之后，再將聚能爆破管送入孔內。

(5)聚能爆破裝置安裝

為此，設計了一種雙向聚能爆破管安裝裝置（該裝置已獲得國家專利）[7]。安裝爆破時，管內裝藥長度為1.3m。若爆破管未全部送入孔內工作人員可以按照雙向聚能爆破裝置制作中的處理方法操作。

(6)試驗效果分析

2012年1-11月，衫木樹煤礦該工程項目的工作面沿采空區(qū)切巷[8]。其中形成450m巷道，工程中回收了8640t煤柱煤，提升保護層開采面積達到7.5萬平方米。經測量，沿空留巷頂板實際下沉量為1～8mm，采空區(qū)煤矸石竄槽量小于0.53%，具體切頂卸壓試驗效果如圖1所示。

圖1

3.結語

綜上所述，當下的杉木樹煤礦切頂卸壓沿空成巷無煤柱開采技術受到了行業(yè)內工作人員的廣泛歡迎。但實際工作細節(jié)還需要仔細斟酌，經過與工程特點的對比參考之后，管理人員可以在已有技術和工程量的基礎上深入考慮，最終切實發(fā)揮該技術的應用價值。衫木樹煤礦成功實施了B4上保護層沿空無柱開采技術，增加了工作面傾斜長度和原煤產量，減少了巷道掘進，加快了工作面布置速度，保證了礦井生產的連續(xù)性，取消了孤立煤柱段，B4以上保護層開采充分，可有效釋放保護層內B3+4煤層頂板壓力和瓦斯，B4上留有煤柱不會形成壓力集中區(qū)，為B3+4突出煤層的安全開采創(chuàng)造了條件。