切顶卸压自动成巷无煤柱开采技术应用分析

靳鹏飞

（山西煤炭运销集团 盖州煤业有限公司，山西 高平 048400）

1 切顶卸压自动成巷无煤柱采煤技术工作原理

爆破预裂切割顶板卸压的自动成巷无煤柱开采技术充分借助了采场周期来压来爆破预裂切割顶板，科学、合理的支撑老顶与隔断老塘，让沿空成巷无煤柱开采理论与相关技术实现了新突破；同时，通过对恒阻大变形防冲击锚索的有效应用，使得成巷顶板得到了合理控制，老顶来压冲击问题得到了成功解决；进一步研究与应用了聚能爆破切顶技术、恒阻防冲大变形新型锚索以及远程监控留巷全过程顶板活动等，实现了关键技术的重大突破。

2 开采煤层及工作面概述

晋能集团盖州煤业开采3#、9#、15#煤层，现开采9#煤层，矿井绝对涌出量为2.13 m3/min，相对瓦斯涌出量1.46 m3/t，为低瓦斯矿井，9#煤层煤尘无爆炸性，自燃倾向性等级为Ⅲ级，属于不易自燃煤层。

9103工作面9#煤层平均厚度1.7 m，抗压强度11 MPa，直接顶板为砂质泥岩，平均3.8 m，薄层状结构，局部破碎块状水平层理发育；基本顶板为泥岩，平均4.1 m，泥质结构；直接底板为粉砂岩，平均2.2 m，中粗粒结构。

3 沿空留巷主要技术参数

9103工作面回风顺槽沿9#煤层底板破顶掘进，顺槽实际长1820 m，应用切顶卸压自动成巷技术进行留巷作业，所留巷道作为9105工作面回风顺槽使用。

为使切顶期间以及巷道周期来压期间巷道更稳定，在进行顶板预裂切缝前可借助恒阻大变形锚索来对巷道进行进一步加固，所用的恒阻锚索为Φ21.8 mm×8300 mm钢锚索，预紧力不小于28 t，恒阻值为33 t±2 t。恒阻器外径为72 mm，恒阻器长度为500 mm，最大允许变形量350 mm；为提高沿空巷帮顶板支护质量，靠近切顶线的恒阻锚索排距为1000 mm，每排1根，相邻恒阻大变形锚索用W型钢带连接，恒阻锚索距切顶线为300 mm，切顶线距巷道正帮300 mm，巷中恒阻锚索排距为2 m，巷中锚索与沿空侧锚索间距为1.5 m。

切缝孔距巷道正帮为300 mm，与铅垂线夹角为15°（倾向采空区侧），切缝孔间距为600 mm，切顶预裂爆破施工超前工作面不得小于30 m，可依据具体设计参数来进行聚能爆破孔的施工，可沿工作面实际推进方向，按照推进次序来实施预裂爆破作业，最终开辟出一条预裂切缝线。切缝预裂钻孔设计施工见图1，切缝预裂钻孔平面布置见图2。

图1 切缝预裂钻孔设计施工

图2 切缝预裂钻孔平面布置

爆破采用聚能管双向爆破，该爆破技术是在对比研究多种聚能爆破和定向控制爆破方法的基础上人们研制出的一种安全、高效的新型聚能爆破技术，其实际施工工艺相对较简单，只需把炮孔开于预裂线上，借助双向聚能装置来装药，同时让聚能方向与岩体预裂方向相对应。实际爆破作业产生的爆轰产物会沿两设定方向产生聚能流，形成集中拉张应力，让预裂炮孔科学、合理的贯穿于聚能方向，可形成预裂面。因两相邻钻孔间的岩石为拉断状态，这样会大幅降低爆破炸药的单耗情况，同时受聚能装置对围岩产生的保护作用的影响，钻孔四周的岩体也不容易损伤，因此该技术不仅能起到预裂的作用，而且还能起到有效保护沿空巷道顶板的作用。

因工作面顶板的垮落作用，会对留巷边缘处顶板在某种程度上起到一定的摩擦下坠效果，所以应强化顶板支护作用，同时为有效防止采空区的矸石大幅涌入巷道，还应进行挡矸支护作业。采用U型钢与单体柱交替安装并挂设菱形网来进行挡矸支护，沿空侧U型钢挡矸腿间距600 mm，贴帮单体柱间距600 mm，U型钢采用25号矿用U型钢，每根长度2.0 m，每两根组成一根伸缩柱，中间用专用锁具固定，上部焊接Φ40 mm×200 mm的圆钢插入切缝孔中固定牢固，钢筋网采用菱形网，留巷段悬挂的钢筋网必须与顶板钢筋网绑扎牢固，下部接底与U型钢绑扎。网片搭接100 mm，采用14#铅丝孔孔绑扎牢固。

4 施工中存在关键问题

1）因过高或过低的断顶卸压都对应力集中的消除不利，不合理的断顶卸压还可能致使应力转移至巷道处，出现适得其反的效果，对此，应借助技术分析，来确定断顶卸压大小，并应科学、合理的确定断顶卸压的层位。

2）因实施定向聚能深孔爆破作业时，应钻设相对较深的炮孔，这样使用传统的矿井爆破钻孔器一般很难满足实际需求，通常应采用定向聚能深孔专用聚能爆破筒设备，炮棍设备以及相关封孔设备等进行钻孔作业。

3）断顶卸压工作的实际施工工艺相对较复杂，不仅有打孔作业，装设炸药工作，而且还包括封孔作业以及合理的放炮作业等，因此，应指派相关专业技术人员来进行现场监督指导工作。

5 结语

切顶卸压沿空留巷技术主要是通过切顶来形成一有效的卸载空间,进而把压力科学、合理的转移至距巷道较远的地方，以使巷道达到大幅减轻受压的目的，最终实现无煤柱开采，收到降低采掘比有效提升矿井资源回收率效果。应用此项技术进行采煤作业，不仅能很好的避免因留设煤柱而引发的冲击地压灾害以及瓦斯突出灾害等，而且还能实现Y型通风，是解决深部采空区瓦斯积聚与工作面上隅角瓦斯积聚等问题的较佳方法。该技术在矿井日常生产作业中的成功实施有助于矿井的增产增效，同时可减少对临近巷道产生的动压影响、有效降低巷道维护成本，进一步减少巷道产生的二次维修量，此外还能大幅减轻职工的劳动强度，提升煤矿开采作业安全系数，科学缓解矿井的采掘接替问题，降低矿井的成本。此项技术在矿井生产作业中值得推广。