綜采工作面切頂卸壓收尾技術

榮巨晉

(西山煤電集團 杜兒坪礦，山西 太原 030022)

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綜采工作面切頂卸壓收尾技術

榮巨晉

(西山煤電集團 杜兒坪礦，山西 太原 030022)

分析了切頂卸壓收尾技術在安全的前提下減小了巷道保護煤柱寬度及巷道受采動影響產生的變形，更好地保護了回采動壓影響區域內巷道的形成。切頂卸壓收尾工藝、支架前方頂幫支護方法，預裂爆破切縫的設計，還有從支架頂梁上方向采空區側定向預裂爆破切頂，切斷部分頂板的礦山壓力的施工方法，有效減弱了頂板應力集中對附近巷道的影響。杜兒坪礦成功應用了該技術，并得出該技術成功應用的關鍵因素是不出現大的應力集中區。

綜采工作面；切頂卸壓；預裂爆破；收尾

1 工作面概況

62516綜采工作面位杜兒坪礦北五盤區，屬2#煤層，煤厚1.20～2.20 m，平均1.90 m，煤層結構簡單，傾角1°～5°，平均3°. 頂板為砂頁巖、細砂巖。地面標高1 645～1 730 m；井下工作面標高1 039.6～1 059.8 m；蓋山厚度600～673 m，平均640 m. 北鄰北一大巷及北一總回風巷，南鄰中部大斷層，東鄰62516工作面，西鄰實體煤(未掘)。工作面走向長1 200 m，傾向長210 m，儲量65萬t，回采日期:2016年3月—2016年12月，采用全部垮落法處理采空區。

2 切頂卸壓收尾工藝

通過在綜采工作面收尾時從支架頂梁上方向采空區側定向切頂，切斷部分頂板的礦山壓力，消除或減弱頂板應力集中對附近巷道的影響，主要施工工藝流程如下：

1) 工作面正常推進到收尾線時，采煤機正常割煤后，利用錨桿鉆機從支架梁端起開始鋪金屬網并施工第一排頂錨桿和頂錨索。

2) 在已支護的頂板下距支架梁端200 mm處施工切縫爆破鉆孔。

3) 采用專用設備依次進行預裂爆破，形成預裂切縫線，爆破施工結束后需要對爆破效果進行統計整理，確保切縫效果。

4) 工作面支架再繼續向前推進兩個循環(1.6 m)支架頂梁伸入切縫線前方頂板。

5) 停止移動支架，摘開支架前方推拉桿，前移工作面運輸機，采煤機再割煤3個循環，支架前方留出回撤工作面設備的空間，對設備回撤空間頂幫及時掛網并打注錨桿錨索。

6) 正常回撤工作面設備，頂板沿已形成的切縫線逐段冒落。

具體示意見圖1,2,3.

3 支架前方頂幫支護

為確保支架前方人員作業以及支架回撤期間的安全，對支架前方區域頂幫采用金屬網+錨桿+錨索方式全錨支護，根據該礦以往收尾支護方式、巷道變形情況及支護強度驗算，頂板布置兩排錨索，3排錨桿，停采后前方煤壁布置3排幫錨桿。錨索直徑為21.6 mm，長度8 300 mm. 第一列錨索距切縫孔500 mm，第二排錨索距第一排錨索1 600 mm，排距均為1 500 mm，為減少前移支架對頂錨索的破壞，錨索打注于兩道支架頂梁側護板間空隙區域；頂幫錨桿間距750 mm，排距800 mm.

圖1 收尾前切縫孔及錨索施工示意圖

圖2 停采后工作面示意圖

圖3 撤架后工作面示意圖

為補償爆破震動引起的預緊力損失，待工作面切縫孔放炮結束后，對錨桿錨索進行2次預緊，確保錨索預緊力及錨桿扭矩達標。

4 預裂爆破切縫

4.1 預裂爆破切縫設計

采用雙向聚能爆破預裂技術，將特定規格的炸藥裝在兩個設定方向有聚能效應的聚能裝置中，炸藥起爆后，炮孔圍巖在非設定方向上均勻受壓，而在設定方向上集中受拉，依靠巖石抗壓怕拉的特性，使巖石按設定方向拉裂成型，從而實現被爆破體按設定方向張拉斷裂成型。

該爆破技術是在對比研究多種聚能爆破和定向爆破方法的基礎上發展起來的一種新型聚能爆破技術，施工工藝簡單，應用時只需要在預裂線上施工炮孔，采用雙向聚能裝置裝藥，并使聚能方向對應于巖體預裂方向。爆轟產物將在兩個設定方向上形成聚能流，并產生集中張拉應力，使預裂炮孔沿聚能方向貫穿，形成預裂面。由于鉆孔間的巖石是斷裂的，爆破炸藥單耗將下降，同時由于聚能裝置對圍巖的保護，鉆孔周邊巖體所受損傷也降低，可以達到實現預裂的同時又保護巷道頂板。

預裂切縫深度(H縫)臨界設計公式如下：

H縫=(H煤-ΔH1-ΔH2)/(K-1)

式中：

ΔH1—頂板下沉量，m；

ΔH2—底鼓量，m；

K—碎脹系數，取1.3～1.5，本次取1.4.

62516工作面最大采高取2.4 m，考慮到理論計算結果及頂板巖性情況，預裂切縫孔深度設計為6.0 m. 切縫孔布置在巷道采幫與頂板交接位置處，考慮到施工空間限制及頂板巖性，切頂孔與鉛錘方向成10°(向采空區方向)，切縫孔直徑為48 mm。由于工作面頂板以砂巖為主，炮孔間距設計為500 mm，每排1個切頂孔。

頂板錨桿+錨索+金屬網加固后，巷道頂板切縫側在第一排錨索的作用下形成一個固支結構，巷道頂板另一側在煤體的支撐下也是一個固支結構，則巷道頂板在斷面內就是兩端固支的穩定結構，不會因頂板形成短臂梁造成頂板斷裂事故。切頂孔沿工作面煤流方向，依次采用聚能管裝藥的方式進行預裂爆破，形成切頂缷壓預裂切縫線。

4.2 相關材料

雙向聚能管(BTC-1500型)外徑為42 mm，內徑為36.5 mm，管長1 500 mm.

聚能爆破采用二級煤礦乳化炸藥。炸藥規格為d35 mm×200 mm/卷。

先根據方案設計進行單孔試驗，確定合理的裝藥量和封泥長度，再進行間隔爆破，用鉆孔窺視儀觀察兩相鄰裝藥孔間空孔內裂紋情況。如兩相鄰裝藥孔間空孔裂紋未達到裂縫率要求標準，再進行一次連續爆破試驗，最終確定一次爆破孔數以及爆破方式。

4.3 切縫炮孔間距及爆破參數

根據62516切眼頂板巖性分析，結合現場實驗效果最終確定爆破預裂切縫參數，爆破方式：隔孔裝藥爆破，裝藥間距1 m；聚能管：(1.5+1.5+1) m；裝藥量：(3+2+1)卷；重量：1 200 g；封泥長度：2.0 m. 聚能管中的1.5代表每個聚能管的長度；裝藥量中每個數字代表在對應聚能管的裝藥卷數。裝藥結構圖見圖4.

圖4 裝藥結構圖

4.4 施工工藝及要求

1) 切頂孔經檢驗合格后進行爆破預裂切縫，采用不耦合裝藥，正向爆破。

2) 每個切頂孔在裝藥前，先在巷道內按照爆破裝藥設計參數從孔底聚能管開始連續裝藥并安設雷管和引線，然后將引線穿過第二根聚能管，并將第二根聚能管與第一根聚能管用連接件連接，然后在第二根管內開始連續裝藥并安設引線，重復按照上述方法，依次完成全部聚能管裝藥。要求每個聚能管內采用連續裝藥，每個聚能管設置一個雷管。

3) 炮孔封泥封孔前，采用聚能爆破定向桿調整聚能管切縫方向與切頂線一致，調整完畢方可封泥。

4) 爆破時躲炮距離不小于100 m，警戒距離100 m.

5) 爆破時停運輸機、停支架液泵。

6) 施工地點設備保護：爆破點往前10 m，爆破點往后10 m，總長度不小于20 m.

7) 爆破點附近的支架閥組、管路、電纜、開關采用半圓木或木板、皮帶進行裹蓋，以防崩壞。

8) 每次聚能爆破切頂孔的個數為20個，隔孔裝藥，中間空孔做為導向孔，最大放炮距離20 m.

4.5 施工工期

工作面設計預裂切縫鉆孔420個(單孔深6 m，共計2 520 m)，日施工50個孔(300 m)，工期9天。

5 技術經濟比較

1) 增加投入1.596萬元。工作面設計施工預裂切縫鉆孔420個，平均每孔人工費20元，材料費18元，合計1.596萬元。其他收尾支護材料與正常收尾無太大差別，不做比較。

2) 減少煤炭損失量4.2萬t. 采用切頂卸壓收尾技術后，工作面停采線處巷道保護煤柱寬度由130 m減小到50 m，多增加煤炭采出量80 m，減少煤炭損失4.2萬t.

3) 減少巷道維護成本16.8萬元。為驗證切頂卸壓收尾技術效果，該礦提前在62516停采線附近被保護的大巷及盤區準備巷道內每隔50 m安設了一臺頂板離層儀，經收尾前后礦壓觀測分析，發現頂板離層量在0～10 mm，在允許變形范圍之內，減少了二次巷道維護工程量。根據該礦附近相似巷道維護費用估算，平均每米巷道節約維修費用800元，則可減少巷道維護成本800元/m×210 m÷10 000=16.8萬元。

6 結 論

經過62516工作面收尾實際檢驗，應用切頂卸壓收尾技術成本小、效果好，適于采高在1.3～3.5 m頂板穩定的中厚煤層綜采工作面收尾期間推廣使用。在實際使用過程中，切縫孔間距、眼深、裝藥量還需要根據工作面采高、基本頂、直接頂巖性、工作面周期來壓步距重新計算確定，能有效地切斷直接頂、頂板充分冒落后圍巖壓力重新均衡分布，不出現大的應力集中區是本技術成功的關鍵。

Technology of Fully Mechanized Working Face Roof Cutting Pressure Relief Ending

RONG Jujin

In this paper, the technology of roof cutting and pressure relief are analyzed, and the width of roadway shortened under the premise of safety, the deformation caused by the influence of mining reduced, and the formation of roadway in the area affected by mining better protected. The key points for the construction includes: the roof cutting and the pressure relief process, the protection and support for the roof and the rib ahead of the supporting equipment, the design for the blasting cutting, directional pre-splitting blasting from the top of the support bracket to the gob side, cut off part of the roof pressure. Du’erping coal mine applied the technology successfully, and concluded that the key for the application is that no large stress focused area should be appeared.

Fully mechanized mining face; Roof cutting pressure relief; Presplitting blasting; Ending

2017-01-10

榮巨晉(1978—)，男，山西太谷人，2010年畢業于中國礦業大學，工程師，主要從事礦井生產技術管理、井下生產設計工作

(E-mail)910446988@qq.com

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1672-0652(2017)03-0041-04