运顺切顶卸压自动成巷技术及应用

文/张渊

神东煤炭集团哈拉沟煤矿以12201工作面为试点，通过爆破预裂切割顶板卸压技术，改进切顶卸压项目实施工作中的不足，创新无煤柱开采方法，促进了煤炭开采技术升级，提高了煤矿安全高效发展水平。

一、12201工作面巷道构造特征

1.12201工作面概况

神东煤炭集团哈拉沟煤矿12201综采面为12煤二盘区首采面。12201综采面切眼长320m，切眼至停采线长度747m，沿空留巷长580m，煤厚1.6～2.4m，工作面平均采高2m，回采煤量61万吨，煤层较稳定，北西为设计的12202工作面，其他方向无12煤设计的工作面。依据矿井同煤层工作面矿压观测分析，初次来压步距29～31m，周期来压步距12～15m，来压最大强度58MPa。

2.围岩地质构造

12201工作面上覆基岩厚55～70m，松散层厚0～33.48m，埋深60～100m，靠回撤通道区域地表有基岩出露。煤层直接顶为粉砂岩，厚0.52～3.9m，均厚1.84m；直接顶上部为12上煤层，厚0～2.75m，均厚1.56m；12上煤层上部为厚0.55～2.14m、均厚1.35m的泥岩，老顶由均厚为3.34m的细粒砂岩和均厚为4.05m的粉砂岩组成；直接底为粉砂岩，均厚3.67m。12煤与12上煤层间距 1.1～2.5m，12上煤厚 1.4～2.4m。

3.12201留巷接续

12201综采面为哈拉沟煤矿首个沿空留巷工作面，12201运顺将沿空留巷，作为相邻12202综采工作面回风顺槽。12201综采推进172m后，推进至相邻12202综采面切眼后15m位置，12201运顺开始沿空留巷，留巷至12201主回撤通道，留巷长度为580m。12201工作面与12202工作面接续关系如图1所示。

图112201 工作面与12202工作面接续关系示意图

4.水文特征

12201工作面主要受基岩裂隙水、松散含水层水及地面水井水的影响，依据公式计算导水裂隙高度为43m。根据巷道掘进现有情况来看，巷道顶板有淋水现象，但水量不大，推断该面上覆基岩裂隙水对工作面回采影响不大，工作面回采需提前疏放上覆松散含水层水，预计回采期间正常涌水量为50m3/h，最大涌水量为205m3/h。工作面内共有水井60个，大部分水井内有水，部分水井已打穿12煤层，回采前需提前进行封堵，确保工作面安全回采。

5.瓦斯与煤尘

煤层瓦斯含量极低，瓦斯绝对涌出量为0.395m3/min，瓦斯等级低。煤尘爆炸指数较高，爆炸性指数38.83%，具有爆炸危险，需采取降尘措施。煤层具有自然发火倾向，发火期为1个月左右，属于Ⅰ类自燃煤层，堆放量大和堆放周期长时，能引起自燃。

二、运顺切顶卸压自动成巷施工工艺及技术措施

12201运顺切顶卸压自动成巷技术施工主要工艺流程：恒阻锚索超前加固支护→施工切顶孔→沿设计切顶线爆破预裂切缝→留巷段加强支护及挡矸→喷浆封闭巷帮。

根据切顶卸压沿空留巷技术的特点及哈拉沟煤矿以往工作面矿压强度显现的不同程度，12201运顺加固支护措施主要分为四段：一是12201运顺超前支护措施，即采用恒阻锚索对巷道进行超前加固支护；二是12201运顺留巷段架后0～30m段，12201运顺留巷采用“桁架+单体液压支柱”对巷道进行加固支护及挡矸；三是12201运顺留巷段架后30～100m段，采用单体液压支柱对巷道进行加固支护及挡矸；四是12201运顺留巷段架后超过100m段，采用工字钢对巷道进行加固支护及挡矸，并采用喷浆的方式封闭巷道正帮。

1.恒阻锚索加固支护措施

（1）恒阻锚索加固支护相关参数设计。为了防止切顶过程中和周期来压期间巷道顶板失稳或冒顶，采用恒阻锚索对巷道进行超前支护。恒阻锚索直径为21.8mm，长度 8000mm，恒阻值为 33t±2t，恒阻器直径为65+3mm，恒阻器长度为500mm，恒阻锚索排距为2000mm，每排1根，恒阻锚索切顶线为0.3m，切顶线距离巷道正帮为0.5m。恒阻锚索沿工作面走向方向布置，预紧力为28t。相邻三根恒阻锚索用W型钢带连接。采用恒阻锚索超前加固巷道支护如图2所示。

图2 巷道断面支护示意图

（2）恒阻锚索施工工艺。

①12201运顺断面内设计1根恒阻锚索，恒阻锚索距切顶线为300mm，排距2m。恒阻器恒阻值33±2t。

②钻孔施工。严格按照预先点设的眼位，采用Φ28mm金刚石复合片钻头施工钻孔，钻孔直径28mm，恒阻锚索外露长度为180～300mm；钻孔完毕后，采用直径75mm的专用扩孔钻头，将导向杆放入已钻好的小孔内连接钻机进行扩孔（小孔与大孔必须同心），扩孔深度500mm。

③打恒阻锚索眼孔够深时钻机要反复升落2～3次，以便把眼孔内的碎矸冲洗干净。

④恒阻锚索锚固长度一般不小于1.2m，批量安装前应做锚固力测试，必须保证恒阻锚索锚固力不小于450KN（45t），否则将影响使用效果。每根恒阻锚索使用2条Z2360锚固剂，通过一根600mm长的PVC导管将锚固剂送入小孔内，用钢绞线顶至眼底，然后撤下导管，用锚索钻机边推进边搅拌，搅拌时间15～20s后停止搅拌，等待2～3min(具体搅拌时间和凝固时间务必以实际使用的锚固剂型号为准)后撤下钻机。一般情况下，恒阻锚索外露180～300mm为宜，考虑现场施工条件，在满足恒阻锚索要求的前提下，可减少恒阻锚索外露长度，防止支架对恒阻锚索造成破坏。

⑤预紧力施加。恒阻锚索钢绞线锚固完成后，分别将300×300×12mm托盘、W型钢带、恒阻器通过外露的恒阻锚索钢绞线穿进去，然后把恒阻器推入锚孔內，恒阻器托盘贴紧岩壁，然后把专用锁具穿过恒阻锚索钢绞线，锁具外锚环与恒阻器中恒阻装置贴紧，放好夹片，然后用恒阻锚索张拉机夹持恒阻锚索钢绞线进行张拉，张拉力值达到28t应停止张拉。最后卸载，预紧力应控制在280kN（28t）为验收标准，撤下张拉机，完成安装。待放炮距离超过20m后，为补偿爆破震动引起的预紧力损失，实施2次预紧，预紧力亦必须达到28t以上。

2.工作面采空区内留巷段巷道支护及挡矸措施

（1）12201运顺留巷段架后0～30m范围内巷道加固及挡矸措施。12201运顺留巷段架后0～30m范围内，采用由超后可回收主动支护装置、立杆、钢筋网及连接杆件组成的挡矸桁架对巷道正帮进行加固支护及挡矸，立杆距巷道正帮为0.2m，超后主动支护装置距离立杆距离为0.45m；采用8#铅丝将Φ4mm、网格为60×60mm冷拔丝网（长2.6m×宽0.8m）固定于立杆上，该网主要用于挡小块矸石。

巷道正帮侧距离切顶线1.0m位置采用DW28-250/100型单体液压支柱对巷道进行加固支护，支柱排距为1.0m；在巷道中线位置采用DW28-250/100型单体液压支柱进行加固支护，支柱排距为2.0m；巷道负帮侧距巷道中线为1.35m位置采用DW28-250/100型单体液压支柱进行加固支护，支柱排距为2.0m。

（2）12201运顺留巷段架后30～100m范围内巷道加固及挡矸措施。12201运顺留巷段架后30～100m范围内，采用单体液压支柱替换桁架进行巷帮支护和挡矸，支柱间距为0.6m。巷内其他支护不变。

（3）12201运顺留巷段架后超过100m位置巷道加固及挡矸措施。12201运顺留巷段架后超过100m位置采用工字钢替换单体液压支柱进行巷帮支护和挡矸，工字钢间距为0.6m，并采用喷浆的方式封闭巷道正帮；在矿压不大，顶板垮落充分、巷帮充填完整的条件下，回撤巷道内单体液压支柱支护，否则不予回撤，确保正常生产。

三、结论

神东煤炭集团哈拉沟煤矿以12201工作面为试点，通过爆破预裂切割顶板卸压，利用工作面顶板垮落形成下一个工作面回采巷道，从根本上预防了留设煤柱带来的灾害频发、资源浪费、生产接替紧张、巷道维护等问题，为矿井降低生产成本，提高顶板安全管理水平提供了有效的支撑。目前，通过切顶卸压技术已成功留巷，副帮无鼓帮、巷道无窜矸现象，压力及采空区气体正常，在煤炭行业具有很高的推广价值和意义。