杉木树煤矿切顶卸压沿空成巷无煤柱开采技术应用

＊郝跃清

（华阳新材料科技集团有限公司能源销售集团 山西 045000）

双向聚能张拉成型爆破技术的应用原理[1]。主要是通过双向技能设备产生的拉应力，将拉应力设置一定方向上，将力量集中，就能促使岩体破裂，达到需要的开发效果。此技术实际上需要利用双向蓄能设备的引导和对力度的压制，对岩层造成双向的能量累积效应，均匀压缩非定向围岩后，再在两个方向上同时施以拉应力，就能够通过集中拉伸的方式促使岩层发生定向断裂，保障开采量和效率。

爆破技术始终是煤矿采空行业中的首要选择[2]。尤其是近年来随着社会发展，沿空留巷无煤柱技术在一般爆破开采技术的基础上应运而生。具体应用过程中，工作人员需要使用双向聚能爆破切割回采技术，在巷道顶板煤层上工作，通过合理支护手段的辅助，就能够对相关的沿空留巷无煤柱开采进行全面优化。上述技术是在传统煤矿开采技术的基础上衍生出的技术，优势在于可以产生周期性的地压作用，该作用加持下的采矿场顶板沿预裂工作切割难度不高，最终在侧墙辅助下隔离采空区，对周边岩层起到支护作用，改善巷道围岩周边的应力环境，全面提升周边环境稳定程度。近年来，这种爆破技术在煤矿采空区沿空留巷无柱留巷开采技术中得到了应用。采用双向聚能爆破切割回采工作面巷道顶板煤层，辅以其他支护手段，实现了沿空留巷无煤柱开采。无煤柱沿空留巷切顶卸压成巷技术是对采煤工作面沿空留巷顶板进行预裂，切断沿空巷道顶板与直接顶板、采场基本顶板的连接，补充采空区巷道顶板的其他支护手段，在周期性地压作用下，采场顶板沿预裂工作面切割形成侧墙，隔离采空区，支护上部移动岩层，改善巷道围岩应力环境，将巷道围岩应力向深部传递，实现了巷道的稳定性。

项目由中国矿业大学（北京）与四川煤炭芙蓉公司白角煤矿联合完成了一项新技术的研究，即沿空无煤柱开采关键技术[3]。该研究项目于2011年获得了四川科技进步一等奖，同时为该技术申请了三项发明专利。但由于行业和技术环境对相关技术要求的提升，自2011年12月起，衫木树煤矿开展了沿空留巷切顶卸压开采关键技术的进一步研究，最终完成了符合矿井周边和内部地质环境的切顶卸压成巷技术，一方面降低了工作人员的开采难度，另一方面也减少了成本投入。

1.试验地点概况

案例工程中的工作面采高处于1.2～1.5m之间。工程中风巷宽度为3.4m，高度则是2.3m，项目管理人员选择的支护方式为“锚+梁+喷混凝土”，留巷后作为该工程工作面机巷，当工作面侧切风巷形成后，观察可知通风方式为Y型。同时B4上保护层空气中瓦斯含量不高，且顶板脆性和切顶条件都较为合理，有利于新技术的落实。但随着开采进度的发展，工作面漏风半径也随之增大，若不合理规划，有可能会影响最终的开采效果。

2.工业性试验及效果分析

(1)施工组织管理

一般的杉木树煤矿切顶卸压沿空成巷无煤柱开采过程中，工作人员会选择“三到八”作业制度在博煤层采矿[4]。管理工作的重点环节以早班割顶爆破、锚索张拉以及设备维护等，中、夜班设置顶卸压炮孔、工作面截煤顶推移动架、工字钢点柱、挡煤矸石网，支护液压单体支柱和铰接顶梁；如果通风不能解决采空区侧向泄压瓦斯，新形成的边墙可根据工作面进度在早班进喷浆，或根据其余工作面巷道改造的工程特点合理落实喷浆工作。

(2)切顶卸压沿空成巷支护设计

案例工程中工作人员选的支护方式为“锚索+工字钢点柱+挡矸石网+液压单支柱铰接顶板梁+喷射混凝土”，该工作方式具体要求如下：第一是在回采前，工作人员会沿巷道方向布置一排单锚索，并结合工程特点合理设置锚索距离。同时工程计划中要求，单根锚索的长度要根据炮孔深度确定，一般取值原则为≥1.5，≤2.0。并根据开采需求在沿巷道中布置了一排间距为2.0m的“一梁两锚索”项目，实际长度为5.4m。此外施工时工作人员控制单锚索和“一梁两锚索”始终处于工作面前方，且距离＞40m。第二是工作面推移后，“一梁两锚索”长度为5.4m，沿采空区沿切缝面设置一排工字钢点柱，间距0.6m，并用木垫层楔紧。坑底必须按老柱的深度挖出。工字钢点柱支座对支座尾部的滞后不大于0.6m。第三是工字钢采空区侧面铺设长×宽=5.0m×1.6m，网孔长×宽=70mm×70mm的编织网，工作人员还将编织网顶部与工字钢搭接长度控制在150mm左右。第四是在工程中采空区一面，距巷道中心线0.6m和1.4m两处，工作人员均按1.0m的距离对两排液压单体展开支护，为保障稳定性还增设铰接顶梁。工程实际液压支柱的初始支撑阻力＞90kN（11.4MPa）。施工过程中需要注意的是，当支柱穿底≥LM时，施工人员就必须穿矿柱鞋。此外，还要将液压单体支柱和铰接式顶梁支座与支座尾部之间的距离控制在0-0.5m。第五是在工作面前方20m的风巷段，采用高、低边粘贴，同时支护两排液压单支柱间距在1.0m左右。第六是工程中双排液压单支柱和铰接顶梁沿采空区支护在60m以上，且采空区基本稳定垮落，超长段可回溯。第七是当有冒矸石柱的可能性或瓦斯涌出量较大时，应在沿空留巷的新侧进行喷射混凝土处理，否则不进行喷射处理。

(3)双向聚能爆破参数设计

该工程的双向聚能爆破参数设计，需要管理人员注意工程周边环境的稳定程度[5]。将爆破工作的安全系数作为主要出发点，若稳定性达标，可以一次设置多个爆破孔，缩短工期。

(4)双向聚能爆破装置制作

上文已经提到，双向聚能爆破技术需要在巷道方向进行能量积累[6]。其实质是使爆轰产物在洞壁非定常方向产生均匀压力，同时在两个方向设定好集中张力，利用顶板定位拉伸断裂线为后续采矿工作提供辅助。根据该案例特点，爆破管内装药长度需要达到1.3m，若爆破管没有全部送入孔内，工作人员就要用长10cm，规格为14#的铅丝穿过双向聚能孔，控制两端外露长度相等并向下弯曲。然后工作人员再将装置中的连接段安装在爆破管内，促使铅丝粘在装置上，检查好稳定程度之后，再将聚能爆破管送入孔内。

(5)聚能爆破装置安装

为此，设计了一种双向聚能爆破管安装装置（该装置已获得国家专利）[7]。安装爆破时，管内装药长度为1.3m。若爆破管未全部送入孔内工作人员可以按照双向聚能爆破装置制作中的处理方法操作。

(6)试验效果分析

2012年1-11月，衫木树煤矿该工程项目的工作面沿采空区切巷[8]。其中形成450m巷道，工程中回收了8640t煤柱煤，提升保护层开采面积达到7.5万平方米。经测量，沿空留巷顶板实际下沉量为1～8mm，采空区煤矸石窜槽量小于0.53%，具体切顶卸压试验效果如图1所示。

图1

3.结语

综上所述，当下的杉木树煤矿切顶卸压沿空成巷无煤柱开采技术受到了行业内工作人员的广泛欢迎。但实际工作细节还需要仔细斟酌，经过与工程特点的对比参考之后，管理人员可以在已有技术和工程量的基础上深入考虑，最终切实发挥该技术的应用价值。衫木树煤矿成功实施了B4上保护层沿空无柱开采技术，增加了工作面倾斜长度和原煤产量，减少了巷道掘进，加快了工作面布置速度，保证了矿井生产的连续性，取消了孤立煤柱段，B4以上保护层开采充分，可有效释放保护层内B3+4煤层顶板压力和瓦斯，B4上留有煤柱不会形成压力集中区，为B3+4突出煤层的安全开采创造了条件。