煤礦井下切頂卸壓無煤柱綜采工藝技術研究

耿志明

（中陽縣應急管理局，山西 呂梁 033400）

隨著我國煤礦事業的現代化建設和發展，生產規模逐漸加大，巷道返修的幾率增長，造成了嚴重的圍巖變形問題。改變傳統的留巷工藝，加強對沿空留巷技術的研究和應用，已經成為了目前我國煤礦事業發展中的重要研究課題。利用切頂卸壓無煤柱開采技術，將部分頂板礦山壓力的傳遞切斷，實現無煤柱開采的目標，需要結合工作面的具體情況，合理的利用切頂卸壓無煤柱開采技術，提高生產水平和綜采工作面的生產安全。

1 綜采工作面應用切頂卸壓無煤柱開采技術的方案

1.1 綜采工作面應用切頂卸壓無煤柱開采技術原理

切頂頂卸無煤柱回采工藝從根本上來說是一種超前回采技術，在技術應用中靠近回采幫壁，沿著回采巷道，可以有效地預防頂板安全事故問題的發生。切頂卸壓無煤柱回采工藝技術使用了雙向聚能爆破手段，在頂板巖層中構成弱面，改變了頂板應力場，取得了理想的切頂頂卸效果。以該原理為依據，切落的頂板巖層會出現碎脹接頂，從而產生支撐力，對上部的頂板進行支撐。和無煤柱回采工藝技術相比，切頂頂卸無煤柱回采工藝具有顯著的應用優勢，除此之外，巷旁充填沿空留巷技術的應用與先進的切頂頂卸無煤開采技術相比，同樣無法達到新工藝、新技術所取得的技術應用成果。因為利用切頂卸壓無煤柱回采工藝，可以對頂板上的受力狀態進行有效的改善，借助雙向爆破切縫工藝，定向切割上部覆巖層，從而達到理想的技術應用效果，保證在一定高度的區域內，巷道頂板和采空區頂板之間形成充分分離的狀態，將這二者之間的應力傳播途徑徹底阻斷，以此達到轉移支撐力的目的，回采側向支撐力轉移到了深部煤體。采空區頂板垮落碎脹的過程中會產生一定的作用力，對老頂斷裂后的回轉空間進行了大幅度的削弱處理，改善了巷道頂板的應力環境，顯著地優化了頂板的環境安全性，創建起便捷的條件，促使沿空留巷作業活動的順利開展，節約了作業成本。利用工作面切頂卸壓無煤柱回采技術工藝，可以將落后的作業模式改進，頂板自然、無序垮落的作業模式被代替，有序的按照巷道采空區頂板的作業流程垮落，提高了掘進效率，加快了煤炭的生產速度，大幅度的節約成本。因為支護投入的成本可以節約下來，因此整體的生產成本縮減，煤炭生產中的回采效率和綜合生產效益顯著提升。

1.2 技術應用方案設計

以山西呂梁市某煤礦為例，1200 工作面的工作面標高778～802m，地面標高為1121～1225m，工作面走向長度300m，傾斜長度190m，煤層平均厚度為2.3m，傾角7.6°。在生產中，使用傾斜長臂綜合機械化技術和一次采全高采煤工藝，布置工作面，了解頂底板的具體情況，老頂和直接頂的厚度分別為0.9m、0.8m，老頂、直接底和老底的厚度為1.3m、0.3m、1.4m。采取切頂卸壓自動成巷技術進行無煤柱開采，將該技術作為主要的無煤柱開采技術，可以減小作業壓力，簡化技術工序工作面，生產效率較高，人工強度以及人工勞動的時間均有所減少。1200運輸巷道的生產中使用切頂卸壓自動成巷技術應用，可以將工作面之間的煤柱損失量減少，節約了成本費用，實現了高效率生產、安全生產的目標。

對比傳統的綜采技術方案中需要留設大量煤柱的形式，支護頂板中，浪費了大量的煤炭資源，對綜采作業的效率也會形成直接的影響，借助切頂卸壓無煤柱綜采工藝技術，可以對頂板結構變形問題進行有效的控制。采用滑移讓位、護幫加波浪式多組護幫錨桿支護的方法，增強了施工的效率，簡化了施工工藝，提高了綜采工作面的生產質量、生產效益。通過超前預制切縫的方法對頂板進行處理，可以對頂板和采空區之間的應力傳遞途徑進行管控，切斷應力傳遞的途徑，使得煤礦井下巷道頂板更加的穩固、安全，是一項值得大范圍推廣和使用的技術手段，井下切頂成巷工藝流程見圖1[1]。

圖1 井下切頂成巷工藝流程

2 切頂卸壓無煤柱開采技術的要點

2.1 明確切頂卸壓工藝流程

在該煤礦井下巷道的生產作業中，明確切頂卸壓工藝的具體流程，是必要的前提，目的是要提高切頂卸壓無煤柱綜采工藝技術的應用水平、應用效能，切頂卸壓工藝流程主要涵蓋了4個部分。

2.1.1 參數計算

第1步是要對巷道支護參數進行計算，根據有關參數制定煤礦井下巷道頂板的支護計劃，在計算支護參數時，應以巷道的地質條件為依據，對來壓時的周期和礦壓波動情況加強掌握。如果頂板的巖層穩定性不足，或是巷道緊鄰采空區域位置，則需要在獲取的計算結果基礎之上，增加一個安全系數。

2.1.2 預爆破孔設置

第2步流程是在回采期間設置預爆破孔，加強超前綜采面施工安全、施工效益的保障，爆破后形成切縫，以此實現預設頂板預裂切縫的目標，爆破孔的設置環節通常要以超前100m 的距離為主，制定超前爆破方案。設置爆破孔時，要結合綜采工作面的實際情況，確保爆破孔間距的合理性，滿足一定的安全爆破要求和經濟性的要求。

2.1.3 確認切縫位置

第3 個流程是要在井下綜采作業工作面逐步的推進中，把握具體的切縫位置，工作面推進到切縫位置之后，應立即采取加強支護的方式，對綜采工作面后側位置進行支護處理，確保綜采作業過程的安全性。利用臨時加強支護的有關方案，完善螺紋鋼相互鎖扣配合的方案，實現快速拆卸、快速支護的目標，增強井下巷道支護的有效性、安全性[2]。

2.1.4 壓實處理

第4步是需要不斷加強壓實作業，隨著綜采工作面的推進和生產活動的進行，沿著預裂縫，要保證采空區域的巷道頂板垮落壓實，直到形成具有一定穩定性的支護結構，再進行統一的撤除處理。將臨時支護設備撤離現場，并采取密封隔離的方法，對綜采完成的采空區域進行處理，最終加強留巷處理。按照上述步驟進行井下切頂成巷工藝技術的應用，應始終遵循著安全生產、高效生產的原則，提高技術應用的可行性和合理性效果[3]。

2.2 滑移讓位護幫支護結構

結合綜采工作面的實際情況，考慮到煤礦井下巷道頂板來壓時有著較大的壓力，需要改變傳統的固定式擋護結構，因為固定式擋護結構很容易出現變形和彎曲。特別是在無煤柱支撐的環境下，由于承壓過大，變形彎曲的風險較高，增加了巖層垮落的風險，最終破壞了煤礦井下綜采作業的安全性。結合支護要求，為了確保綜采工作面的新工況的安全性，需要根據對支護安全要求的解析。采取滑移讓位護幫支護結構，使用U型鋼井下滑移讓位護幫支護的方法，改造原有的結構形式，改造固定式的擋護結構方法，使用兩節U 型鋼，采取疊加處理的方式，構建起穩固性較強的結構形式[4]。

為了防治護幫在頂板礦壓作用下產生的滑移風險，需要采取卡纜的形式，防范形變風險，增強護幫板的抗橫向形變性能，降低形變幾率。利用U 型護板結構，增強支護構件的穩定性，即使受到了礦壓的作用影響，U型護板結構下支護構件仍舊能夠保持一定的穩定性，實現垮落區域穩定支護。拆除擋護體，重復連續利用支護構件，增強支護結構的安全性，強調其經濟性效果，在重復利用中發揮出滑移讓位護幫的支護功能，體現出一定的支護優勢[5]。

2.3 波浪式多組護幫錨桿支護

當出現綜采工作面和頂板垮塌過程中不穩定風險時，要確保巷道頂板的穩定性，主要采取的是井下滑移讓位護幫支護結構，隨著生產活動的逐步進行，垮塌部分將會逐步完成垮塌。隨著煤幫穩定性逐漸增強，需要進一步地采取整體式加強支護的處理方法，對煤幫碎石部分進行加固處理，以確保碎石幫具有良好的抗形變性能，提高整體的承壓性效果?？梢岳镁伦o幫可靠支護理論作為支撐，考慮到碎石垮落之后的堆砌現象，對承重墻體結構的塊狀外形進行分析，需要采取錨固處理的方法，對堆砌的墻體進行進一步的處理。對堆砌墻體橫向位移的情況進行防范、治理，增強墻體的抗壓能力，強化墻體整體的抗倒性能，采取錨固處理時，針對墻體的安全性能進行加固改造。應用到的錨桿結構，是影響支護穩定性和可靠性的直接因素，采取新型波浪式多組護幫錨桿結構，以增強結構功能，適應碎石護幫結構所具有的特性。

應用到了以螺紋鋼為主體制作成的鋼體結構，在鋼鐵上有多個凸起的結點，凸臺均勻分布，因此碎石幫支護作業的環節，將會形成一個完整的受拉結構。借助錨桿的拉應力，對碎石幫側向應力形成了一定的抵抗作用，在各種沖擊壓力下，始終保證碎石邦的穩定性，控制幫護結構受到的壓力，從而達到安全生產的目標。在波浪式多組護幫錨桿支護方案的應用過程中，要把握設置錨桿的環節，同時進行綜采工作面的施工和波浪式多組護幫錨桿的施工。因為此時垮落碎石沒有完全達到一定的高程度壓實狀態，因此處理的過程較為容易，可以合理的設置擋護結構，相對較為便捷的展開施工。

隨著綜采作業面的生產過程持續的推進，在作業環節，碎石幫處于不斷持續被擠壓的狀態，直到形成一個完整的支護體結構，具有一定的穩定性和整體性。為了對碎石向外垮落時的應力進行防控，降低應力水平，可以借助碎石和錨桿前端凸結之間形成的相互作用所發揮的功能，傳送拉力。將錨桿自由端的拉力向碎石幫靠近采空區的一側傳輸，降低了應力水平，向外垮落的過程中，應力水平減小，從而增強了碎石幫結構的穩固性效果。波浪式多組護幫錨桿結構具有穩固的性能，利用波浪式多組護幫錨桿結構進行錨桿施工作業，改進落后的擋護結構形式，要從工作面的實際情況著手，加強對現場情況的研究，發揮出錨桿結構應有的功能，傳統留巷方法及順槽施工見圖2[6]。

圖2 傳統留巷方法及順槽施工

3 結論

綜上所述，利用切頂線壓自動成巷新技術，可以將卸壓斷頂超前施工的功能發揮和利用起來，將主要工序中難以實現平行作業中存在的問題改進，提高回采效率，實現連續生產，降低人工作業的強度水平。發揮出綜采工作面中切頂卸壓自動成巷技術的優勢，為我國的煤礦生產活動順利實施提供技術支持和保障，制定可行的生產方案、技術規劃。