高瓦斯長走向切頂卸壓沿空留巷成套技術(shù)研究
主要完成單位 杜兒坪煤礦
主要參加人員 李 健 焦治平 李茂林 王俊虎 彭永良 白 杰 張 卓
王君杰 王紅良 榮巨晉 白雪峰 王瑞平 陳俊龍 倪 亮 葉義勇 劉 青 董江巖 王 峰 徐海峰 雷翔源 樊吉太 卜祥鵬 張建明
一、項目研究的必要性和重要性
近幾年來，隨著煤炭市場的低迷，以井工煤礦長壁開采為主的傳統(tǒng)“121工法”面臨巨大挑戰(zhàn)，開采成本、嚴峻的安全問題和煤炭資源粗放型開采成為制約煤炭工業(yè)快速發(fā)展的瓶頸和突出問題。
切頂自動成巷無煤柱開采技術(shù)（“110工法”）是在“切頂短臂梁”的理論基礎(chǔ)上發(fā)明一種新的采煤工法。它不僅可以大幅度降低成本，提高回采率，減弱頂板周期性沖擊壓力，在安全生產(chǎn)管理、資源節(jié)約和降本增效方面具有明顯優(yōu)勢。
杜兒坪煤礦年生產(chǎn)能力385萬噸，據(jù)統(tǒng)計，每年由于順槽隔離煤柱損失煤量可達到65萬噸，這不僅造成嚴重的資源浪費，而且造成巨大的經(jīng)濟損失。另外，區(qū)段煤柱會成為礦山壓力峰值區(qū)，礦壓顯現(xiàn)明顯，對順槽巷道的安全性也構(gòu)成一定威脅。北七盤區(qū)是我礦新開發(fā)的2#煤盤區(qū)，可布置23個工作面，原設(shè)計工作面采用“U”型系統(tǒng)，工作面間煤柱儲量為180萬噸，如果采用切頂留巷無煤柱開采技術(shù)，整個盤區(qū)將少掘送3萬米巷道，多采原煤180萬噸，可極大地緩解我礦抽掘采銜接緊張的局面，提高煤炭資源的回采率。
62709工作面切頂卸壓自動成巷成套復(fù)用項目，成功復(fù)用代表著62711軌道巷留巷的成功和對提高礦井的采區(qū)回收率、減少巷道掘進量、緩解接續(xù)緊張和減少巷道總投入等具有十分重要的意義。
二、詳細技術(shù)方案和路線
第一步：恒阻錨索加強支護
為了保證切頂過程和周期來壓期間巷道的穩(wěn)定性，在對巷道頂板進行預(yù)裂切頂前采用恒阻大變形錨索補強加固。恒阻大變形錨索長度為10300mm，垂直于頂板方向布置，共布設(shè)3列，第一列恒阻錨索距留巷幫300mm，第二列、第三列恒阻錨索分別在原有錨索中間位置隔空布置。由于切縫側(cè)頂板變形遠大于實體煤側(cè)，因此第一列、第二列錨索排距設(shè)置為1000mm，第三列恒阻錨索間的排距為4000mm。第一列恒阻錨索相鄰錨索之間用W鋼帶連接（W鋼帶平行于巷道走向），恒阻錨索支護圖如圖2-1所示，巷道支護展開見圖2-2。
圖2-1 恒阻錨索支護設(shè)計
圖2-2 恒阻錨索加強支護巷道展開圖
第二步：切縫孔及頂板預(yù)裂爆破施工
62709工作面最大采高取2.2m，考慮到理論計算結(jié)果及頂板巖性情況，預(yù)裂切縫孔深度設(shè)計為8.0m。切縫孔布置在巷道采幫與頂板交接位置處，與鉛錘方向成15°（向采空區(qū)方向），間距設(shè)計為500mm。根據(jù)現(xiàn)場多次多種裝藥觀測，最終確認4連孔爆破，每5孔為一組，4連孔裝藥(炸藥規(guī)格Φ35mm×200mm/卷)，一孔觀測。裝藥孔每孔裝4根聚能管(聚能管外徑為42mm，內(nèi)徑為36.5mm，管長1500mm)，采用3+3+2+1的裝藥方式，封孔長度為2m。頂板恒阻錨索+W鋼帶加固后，在保證恒阻錨索超前加固支護≥20m的前提下，按設(shè)計參數(shù)施工切頂孔，沿工作面推進方向，依次采用聚能管裝藥的方式進行預(yù)裂爆破。
切縫孔布置斷面圖 2-3
第三步：架后擋矸支護
待工作面推過后，及時在機尾支架后方進行擋桿支護，按照“一梁三柱”方式打設(shè)單體支柱，支架后0-50m范圍內(nèi)，單體排距500mm；支架后50-200m范圍內(nèi)，單體排距為1000mm，在靠近采空區(qū)側(cè)每兩架單體棚子之間布置U型鋼可縮支架并鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，單體及U型鋼可縮支架必須加設(shè)柱靴增加摩擦力，防止支柱及U型鋼可縮支架滑動。鋼筋網(wǎng)采用?6.5mm的鋼筋網(wǎng)，尺寸為1500mm×1100mm，與頂板鋼筋網(wǎng)捆扎在一起，鋼筋網(wǎng)之間重疊不小于65mm，并用鐵絲捆扎。為防止漏風(fēng)現(xiàn)象發(fā)生，采取在鋼筋網(wǎng)與采空區(qū)之間鋪設(shè)雙抗布，高度取3.4m,上下各超出30cm，超出部分分別固定到頂?shù)装澹⑦M行有效封閉。雙抗布搭縫處寬度30cm，固定后亦進行封閉處理。
2-4 架后擋矸支護示意圖
第四步：噴漿
待頂板垮落并穩(wěn)定后（距工作面200m外），對垮落不充分的地方進行填充，整理巷道形狀滿足使用要求后,進行噴漿處理。
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總體性能指標與同類技術(shù)或產(chǎn)品的比較和定位
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切頂卸壓理論
我礦引進切頂卸壓沿空留巷技術(shù)。該技術(shù)通過爆破定向切縫，切斷工作面回采推進后巷道頂板與采空區(qū)頂板一定高度內(nèi)的的物理聯(lián)系，阻斷壓力傳遞，通過支護恒阻錨索，保證在采空區(qū)垮落時巷道頂板不垮落，經(jīng)一系列采空區(qū)支護及封閉處理后，完成留巷目的。
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恒阻錨索支護理論
利用恒阻大變形錨索進行補強加固，控制頂板下沉，使所留巷道圍巖能夠最大限度地發(fā)揮自身承載作用，減少巷道變形，保證留巷效果。
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切縫充填理論
該理論利用巖石的碎脹性，預(yù)裂爆破一定厚度的頂板，當(dāng)工作面采過后，工作面上部預(yù)裂爆破區(qū)域內(nèi)巖石冒落，充填采出煤炭造成的體積損失，控制老頂變形量，維持沿空留巷頂板穩(wěn)定。
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預(yù)裂爆破施工
該爆破技術(shù)是在對比研究多種聚能爆破和定向爆破方法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型聚能爆破技術(shù)，施工工藝簡單，應(yīng)用時只需要在預(yù)裂線上施工炮孔，采用雙向聚能裝置裝藥，并使聚能方向?qū)?yīng)于巖體預(yù)裂方向。爆轟產(chǎn)物將在兩個設(shè)定方向上形成聚能流，并產(chǎn)生集中張拉應(yīng)力，使預(yù)裂炮孔沿聚能方向貫穿，形成預(yù)裂面。由于聚能裝置對圍巖的保護，鉆孔周邊巖體所受損傷也大大降低，可以達到實現(xiàn)預(yù)裂的同時又可以保護巷道頂板。
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推廣應(yīng)用的條件、措施和前景分析及目前應(yīng)用情況
1、本技術(shù)的應(yīng)用為阻斷礦壓傳遞提供了良好的思路，在保護相鄰巷道、保護采區(qū)硐室、永久巷道上有良好的推廣前景。
2、本沿空留巷技術(shù)適宜2-3m左右厚的煤層進行推廣，有很好的經(jīng)濟效益。
3、通過沿空留巷采用Y型通風(fēng)，采空區(qū)密閉后，對于高瓦斯礦井上隅角瓦斯大的情況得到了非常好的解決。
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社會、經(jīng)濟效益分析
62711工作面回收煤柱:4630萬元（多回采原煤11.3萬噸，原煤價格410元/噸）；切頂留巷成本：留巷1800米1942萬元；新增效益：4630-1942=2688萬元
62709工作面：62709工作面回收煤柱：5442萬元（多回采原煤11.3萬噸，原煤價格480元/噸；掘送一條巷道：990萬元（相鄰工作面少掘送一條巷道1800米，成本5500元/米）；切頂留巷成本：留巷1700米*0.9141萬元=1554萬元；新增效益：5442+990-1554=4878萬元）
我礦在使用切頂卸壓自動成巷無煤柱開采技術(shù)，可得到約7566萬元的效益。
