贺西煤矿采区工作面回撤通道切顶卸压方案探析

肖海滨 王瑜

山西焦煤汾西矿业集团贺西煤矿  山西 吕梁 033300

摘要：本文主要就采区大巷切顶卸压技术在煤矿生产实践中的应用进行了探讨，此项技术的应用降低了成本，有效了建设了回采面回采结束后对相邻大巷的采动影响，巷道变形量大幅减少。恒阻锚索的使用提高了巷道变形后的支护质量。

关键词：恒阻变形  切顶卸压 大巷控制

理论研究：定向切顶卸压技术是一种新型的巷道控制技术，其技术原理是通过改变巷道围岩结构，切断顶板的应力传递，实现优化应力分布的目的。切顶后的顶板能够按设 计位置垮落，充分碎胀支撑基本顶，使目的巷道处于卸压区，减少高应力环境的威胁。该技术具以下优点：（1）消除临近工作面煤体上方应力集中。切顶卸压自动成巷技术通过定向聚能爆破技术对巷道顶板及上覆岩层进行定向切割，采空区顶板与巷道顶板分离，切断两者之间应力传播途径；（2）控制采空区顶板垮落形态，改变以往顶板自然无序的垮落状态，充分利用采空区岩体的碎胀和承载特性；（3）操作简单，价格低廉，且实施过程中不影响生产；（4）在优化围岩应力分布的同时，可有效避免瓦斯突出、冲击地压等安全隐患，具有安全性。切顶卸压作为110工法的一项关键技术已取得了满意的应用效果，

在对工程地质条件充分研究的基础上，分析巷道顶板各岩层力学性质，并分析传统锚索支护情况下巷道围岩的变形情况；结合NPR恒阻大变形锚索的结构特征和力学特性分析，研究其在此种顶板条件下的支护机理，提出动压扰动采区大巷NPR恒 阻大变形锚索支护及配套技术。达到有效支护、阻断围岩向大巷产生的破坏力，达到减少大巷的变形量。

实践案例：

1. 概况

   汾西矿业（集团）贺西煤矿距柳林县城东南15km左右，位于陈家湾乡贺家社村 西。井田为一不规则多边形，略呈方形，东西长6.170km南北宽5.635km，面积18.908km²，煤层开采深度由800m~420m标高。

   贺西煤矿作为汾西矿业集团的主力矿井之一，由于采动和应力叠加影响，3#煤层 轨道、运输、回风大巷出现了巷道大变形问题。目前所采用的锚网索喷等支护形式无法对巷道围岩进行有效的控制，难以形成有效的承载结构，巷道帮鼓严重，底鼓及顶 沉现象明显，变形逐渐加剧，致使巷道无法正常使用，需多次扩巷翻修，严重影响了矿井的正常生产。因此，对该矿大巷围岩稳定性控制已势在必行。

       2、巷道原支护形式

   临近3314工作面三条大巷设计为直墙半圆拱结构，采用锚网索+喷浆支护。顶锚采用 Φ22×2400mm 左旋螺纹钢锚杆,每排9根，帮锚采用Φ20×2200mm左旋螺纹钢锚杆，每排6根，锚杆间排距均为800×800mm。锚索为Φ21.6mm钢绞线，顶锚索长为6300mm，每排7根，帮锚索长为4300mm，每排两根，间排距为1200×1600mm。

   方案设计：

   本设计中有别于在对应的大巷采取切顶卸压，本次在回收通道切顶卸压，通过预裂切缝爆破，在工程局部可测范围之内切断工作面间顶板的传递能力，减弱巷道顶板压力，且预裂爆破能够很好地保护巷道顶板完整性。利用恒阻大变形锚索对大巷进行补强加固，控制大巷围岩变形，使所大巷围岩能够最大限度地发挥自身承载作用，减少巷道变形。

   工作面回撤通道切顶卸压采用双向聚能爆破预裂技术，将特定规格的炸药装在两个设定方向有聚能效应的聚能装置中，炸药起爆后，炮孔围岩在非设定方向上均匀受压，而在设定方向上集中受拉，依靠岩石抗压怕拉的特性，使岩石按设定方向拉裂成型，从而实现被爆破体按设定方向张拉断裂成型。

   为了控制巷道大变形，研制了一种能适应深部巷道大变形的恒阻大变形锚杆/索，并形成了相应的支护理论、支护技术及控制对策。恒阻大变形锚杆包括恒阻装置、杆体、托盘和螺母，其恒阻装置内表面和所述杆体的外表面均为螺纹结构，恒阻装置套装于所述杆体的尾部，托盘和螺母依次套装在所述恒阻装置的尾部，螺母和恒阻装置通过螺纹连接。

   存在问题及相关实践措施：

   对于以上叙述的设计方式，在真正的实践中取得了预期效果，提前切缝，未造成支架回收困难。经过长时间检测发现相邻大巷矿压观测，相互之间的数值有所变化，顶帮移近量相对很小，较为显著的是喷浆巷道表面未发现明显变化。

1. 在施工过程中恒阻锚索在施工过程中遇到顶板破碎及离层，所产生的后果较为明显，在后续的实践中扩孔装恒阻器，造成整个工程无法继续进行。随着分析结果呈现，对其进行相应的对策思考，具体如下：回收通道要提前进行整体的规划与设计，尽量减少顶板的变形量，避免支架安装过程中破坏顶板完成性，提高掘进时的锚杆锚索布置位置，便于布置恒阻锚索的位置。

2. 对施工对象进行切缝孔形成后，在安装装置聚能管的过程中，会出现因孔内碎渣，而导致安全隐患，并且随着聚能管上放的整个过程，所受到的阻力相对过大，无法全部将聚能管放进去。针对这样的情况现场使用外径43mm的聚能管，使用48mm的钻头形成的钻孔。应该根据顶板岩性和完整性选用51mm-55mm的钻头，提高间隙比，增加现场可操作性。

3. 部分聚能管的中间部位遇阻，无法将全部的能量传递上去，其中封泥长度达不到2.5m。另外担心在运行过沉重设备距炮眼口近，最后造成炮眼口开炮后变形量大，对支架形成大的压力，炮烟过大。对此情况，实行过较多的措施，其中一种具体如下：现场严格保障正向装药，对安全性有保障。现场切缝孔处变形量不大，切缝后未对支架回收造成影响。严格保障正向装药、炮烟不大。最低封泥600mm，特殊情况可考虑加水炮泥，增加安全性。

4. 对于切顶的卸压护巷进行爆破，在工作面下的出口中，顶板受到的影响需要重视起来。在实践中切顶卸压的护巷，超前顶板机巷受到的压力相对减少，而底板机巷受到的压力也相对减少。但在矿井下的工作面的来压期间有一定的周期性，使得下出口顶板会在切顶线处会出现提前剪切断裂，至此顶板的破碎会逐渐下沉，严重影响到端头支架向后推移。

5. 会造成切顶卸压护巷工作产生中断现象的有因有：过构造带、过联络巷及破碎带等。依据实践现场的情况，造成严重的巷道压力变大的原因是巷道煤柱在对巷口实行联络、构造带运行推进速度较慢。所以，在对过联络巷及过构造带时要更加坚持对顶部的卸压，此过程中要及时调整煤矿爆破机械参数，对机巷的超前支护进行加强。

6. 在试验阶段的一部分为切顶卸压工作，其中的相关参数需要在试验不断调整，更需要设立相关的专业人士进行攻关解决，其中要解决的问题包括：1、对于炸药及聚能管装备的安装问题。一定要达到“装得进、方向准、效果好”的实践目的；2、要适当的解决封泥问题，首先就是要放便封闭，其次就是保证对封泥的爆破效果；3、要对切顶护巷爆破孔的孔深、间距、装药量进行优化，并找到适合的爆破参数。

   结论：

   本文主要就采区大巷切顶卸压技术在煤矿生产实践中的应用进行了探讨，此项技术的应用降低了成本，有效了建设了回采面回采结束后对相邻大巷的采动影响，巷道变形量大幅减少。但是还会有较多的问题需要在今后的研究中仔细分析得到，这为今后的生产安全奠定一定理论基础。

   参考文献

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   ［3］ 范松涛，刘晓亮，张强．大采高工作面回撤通道稳定性研究［J］．山东煤炭科技，2015，43(7):7-10．