煤矿井下切顶卸压无煤柱综采工艺技术研究

耿志明

（中阳县应急管理局，山西 吕梁 033400）

随着我国煤矿事业的现代化建设和发展，生产规模逐渐加大，巷道返修的几率增长，造成了严重的围岩变形问题。改变传统的留巷工艺，加强对沿空留巷技术的研究和应用，已经成为了目前我国煤矿事业发展中的重要研究课题。利用切顶卸压无煤柱开采技术，将部分顶板矿山压力的传递切断，实现无煤柱开采的目标，需要结合工作面的具体情况，合理的利用切顶卸压无煤柱开采技术，提高生产水平和综采工作面的生产安全。

1 综采工作面应用切顶卸压无煤柱开采技术的方案

1.1 综采工作面应用切顶卸压无煤柱开采技术原理

切顶顶卸无煤柱回采工艺从根本上来说是一种超前回采技术，在技术应用中靠近回采帮壁，沿着回采巷道，可以有效地预防顶板安全事故问题的发生。切顶卸压无煤柱回采工艺技术使用了双向聚能爆破手段，在顶板岩层中构成弱面，改变了顶板应力场，取得了理想的切顶顶卸效果。以该原理为依据，切落的顶板岩层会出现碎胀接顶，从而产生支撑力，对上部的顶板进行支撑。和无煤柱回采工艺技术相比，切顶顶卸无煤柱回采工艺具有显著的应用优势，除此之外，巷旁充填沿空留巷技术的应用与先进的切顶顶卸无煤开采技术相比，同样无法达到新工艺、新技术所取得的技术应用成果。因为利用切顶卸压无煤柱回采工艺，可以对顶板上的受力状态进行有效的改善，借助双向爆破切缝工艺，定向切割上部覆岩层，从而达到理想的技术应用效果，保证在一定高度的区域内，巷道顶板和采空区顶板之间形成充分分离的状态，将这二者之间的应力传播途径彻底阻断，以此达到转移支撑力的目的，回采侧向支撑力转移到了深部煤体。采空区顶板垮落碎胀的过程中会产生一定的作用力，对老顶断裂后的回转空间进行了大幅度的削弱处理，改善了巷道顶板的应力环境，显著地优化了顶板的环境安全性，创建起便捷的条件，促使沿空留巷作业活动的顺利开展，节约了作业成本。利用工作面切顶卸压无煤柱回采技术工艺，可以将落后的作业模式改进，顶板自然、无序垮落的作业模式被代替，有序的按照巷道采空区顶板的作业流程垮落，提高了掘进效率，加快了煤炭的生产速度，大幅度的节约成本。因为支护投入的成本可以节约下来，因此整体的生产成本缩减，煤炭生产中的回采效率和综合生产效益显著提升。

1.2 技术应用方案设计

以山西吕梁市某煤矿为例，1200 工作面的工作面标高778～802m，地面标高为1121～1225m，工作面走向长度300m，倾斜长度190m，煤层平均厚度为2.3m，倾角7.6°。在生产中，使用倾斜长臂综合机械化技术和一次采全高采煤工艺，布置工作面，了解顶底板的具体情况，老顶和直接顶的厚度分别为0.9m、0.8m，老顶、直接底和老底的厚度为1.3m、0.3m、1.4m。采取切顶卸压自动成巷技术进行无煤柱开采，将该技术作为主要的无煤柱开采技术，可以减小作业压力，简化技术工序工作面，生产效率较高，人工强度以及人工劳动的时间均有所减少。1200运输巷道的生产中使用切顶卸压自动成巷技术应用，可以将工作面之间的煤柱损失量减少，节约了成本费用，实现了高效率生产、安全生产的目标。

对比传统的综采技术方案中需要留设大量煤柱的形式，支护顶板中，浪费了大量的煤炭资源，对综采作业的效率也会形成直接的影响，借助切顶卸压无煤柱综采工艺技术，可以对顶板结构变形问题进行有效的控制。采用滑移让位、护帮加波浪式多组护帮锚杆支护的方法，增强了施工的效率，简化了施工工艺，提高了综采工作面的生产质量、生产效益。通过超前预制切缝的方法对顶板进行处理，可以对顶板和采空区之间的应力传递途径进行管控，切断应力传递的途径，使得煤矿井下巷道顶板更加的稳固、安全，是一项值得大范围推广和使用的技术手段，井下切顶成巷工艺流程见图1[1]。

图1 井下切顶成巷工艺流程

2 切顶卸压无煤柱开采技术的要点

2.1 明确切顶卸压工艺流程

在该煤矿井下巷道的生产作业中，明确切顶卸压工艺的具体流程，是必要的前提，目的是要提高切顶卸压无煤柱综采工艺技术的应用水平、应用效能，切顶卸压工艺流程主要涵盖了4个部分。

2.1.1 参数计算

第1步是要对巷道支护参数进行计算，根据有关参数制定煤矿井下巷道顶板的支护计划，在计算支护参数时，应以巷道的地质条件为依据，对来压时的周期和矿压波动情况加强掌握。如果顶板的岩层稳定性不足，或是巷道紧邻采空区域位置，则需要在获取的计算结果基础之上，增加一个安全系数。

2.1.2 预爆破孔设置

第2步流程是在回采期间设置预爆破孔，加强超前综采面施工安全、施工效益的保障，爆破后形成切缝，以此实现预设顶板预裂切缝的目标，爆破孔的设置环节通常要以超前100m 的距离为主，制定超前爆破方案。设置爆破孔时，要结合综采工作面的实际情况，确保爆破孔间距的合理性，满足一定的安全爆破要求和经济性的要求。

2.1.3 确认切缝位置

第3 个流程是要在井下综采作业工作面逐步的推进中，把握具体的切缝位置，工作面推进到切缝位置之后，应立即采取加强支护的方式，对综采工作面后侧位置进行支护处理，确保综采作业过程的安全性。利用临时加强支护的有关方案，完善螺纹钢相互锁扣配合的方案，实现快速拆卸、快速支护的目标，增强井下巷道支护的有效性、安全性[2]。

2.1.4 压实处理

第4步是需要不断加强压实作业，随着综采工作面的推进和生产活动的进行，沿着预裂缝，要保证采空区域的巷道顶板垮落压实，直到形成具有一定稳定性的支护结构，再进行统一的撤除处理。将临时支护设备撤离现场，并采取密封隔离的方法，对综采完成的采空区域进行处理，最终加强留巷处理。按照上述步骤进行井下切顶成巷工艺技术的应用，应始终遵循着安全生产、高效生产的原则，提高技术应用的可行性和合理性效果[3]。

2.2 滑移让位护帮支护结构

结合综采工作面的实际情况，考虑到煤矿井下巷道顶板来压时有着较大的压力，需要改变传统的固定式挡护结构，因为固定式挡护结构很容易出现变形和弯曲。特别是在无煤柱支撑的环境下，由于承压过大，变形弯曲的风险较高，增加了岩层垮落的风险，最终破坏了煤矿井下综采作业的安全性。结合支护要求，为了确保综采工作面的新工况的安全性，需要根据对支护安全要求的解析。采取滑移让位护帮支护结构，使用U型钢井下滑移让位护帮支护的方法，改造原有的结构形式，改造固定式的挡护结构方法，使用两节U 型钢，采取叠加处理的方式，构建起稳固性较强的结构形式[4]。

为了防治护帮在顶板矿压作用下产生的滑移风险，需要采取卡缆的形式，防范形变风险，增强护帮板的抗横向形变性能，降低形变几率。利用U 型护板结构，增强支护构件的稳定性，即使受到了矿压的作用影响，U型护板结构下支护构件仍旧能够保持一定的稳定性，实现垮落区域稳定支护。拆除挡护体，重复连续利用支护构件，增强支护结构的安全性，强调其经济性效果，在重复利用中发挥出滑移让位护帮的支护功能，体现出一定的支护优势[5]。

2.3 波浪式多组护帮锚杆支护

当出现综采工作面和顶板垮塌过程中不稳定风险时，要确保巷道顶板的稳定性，主要采取的是井下滑移让位护帮支护结构，随着生产活动的逐步进行，垮塌部分将会逐步完成垮塌。随着煤帮稳定性逐渐增强，需要进一步地采取整体式加强支护的处理方法，对煤帮碎石部分进行加固处理，以确保碎石帮具有良好的抗形变性能，提高整体的承压性效果。可以利用井下护帮可靠支护理论作为支撑，考虑到碎石垮落之后的堆砌现象，对承重墙体结构的块状外形进行分析，需要采取锚固处理的方法，对堆砌的墙体进行进一步的处理。对堆砌墙体横向位移的情况进行防范、治理，增强墙体的抗压能力，强化墙体整体的抗倒性能，采取锚固处理时，针对墙体的安全性能进行加固改造。应用到的锚杆结构，是影响支护稳定性和可靠性的直接因素，采取新型波浪式多组护帮锚杆结构，以增强结构功能，适应碎石护帮结构所具有的特性。

应用到了以螺纹钢为主体制作成的钢体结构，在钢铁上有多个凸起的结点，凸台均匀分布，因此碎石帮支护作业的环节，将会形成一个完整的受拉结构。借助锚杆的拉应力，对碎石帮侧向应力形成了一定的抵抗作用，在各种冲击压力下，始终保证碎石邦的稳定性，控制帮护结构受到的压力，从而达到安全生产的目标。在波浪式多组护帮锚杆支护方案的应用过程中，要把握设置锚杆的环节，同时进行综采工作面的施工和波浪式多组护帮锚杆的施工。因为此时垮落碎石没有完全达到一定的高程度压实状态，因此处理的过程较为容易，可以合理的设置挡护结构，相对较为便捷的展开施工。

随着综采作业面的生产过程持续的推进，在作业环节，碎石帮处于不断持续被挤压的状态，直到形成一个完整的支护体结构，具有一定的稳定性和整体性。为了对碎石向外垮落时的应力进行防控，降低应力水平，可以借助碎石和锚杆前端凸结之间形成的相互作用所发挥的功能，传送拉力。将锚杆自由端的拉力向碎石帮靠近采空区的一侧传输，降低了应力水平，向外垮落的过程中，应力水平减小，从而增强了碎石帮结构的稳固性效果。波浪式多组护帮锚杆结构具有稳固的性能，利用波浪式多组护帮锚杆结构进行锚杆施工作业，改进落后的挡护结构形式，要从工作面的实际情况着手，加强对现场情况的研究，发挥出锚杆结构应有的功能，传统留巷方法及顺槽施工见图2[6]。

图2 传统留巷方法及顺槽施工

3 结论

综上所述，利用切顶线压自动成巷新技术，可以将卸压断顶超前施工的功能发挥和利用起来，将主要工序中难以实现平行作业中存在的问题改进，提高回采效率，实现连续生产，降低人工作业的强度水平。发挥出综采工作面中切顶卸压自动成巷技术的优势，为我国的煤矿生产活动顺利实施提供技术支持和保障，制定可行的生产方案、技术规划。