賀西煤礦采區(qū)工作面回撤通道切頂卸壓方案探析
肖海濱 王瑜
山西焦煤汾西礦業(yè)集團(tuán)賀西煤礦 山西 呂梁 033300
摘要：本文主要就采區(qū)大巷切頂卸壓技術(shù)在煤礦生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用進(jìn)行了探討，此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用降低了成本，有效了建設(shè)了回采面回采結(jié)束后對(duì)相鄰大巷的采動(dòng)影響，巷道變形量大幅減少。恒阻錨索的使用提高了巷道變形后的支護(hù)質(zhì)量。
關(guān)鍵詞：恒阻變形 切頂卸壓 大巷控制
理論研究：定向切頂卸壓技術(shù)是一種新型的巷道控制技術(shù)，其技術(shù)原理是通過(guò)改變巷道圍巖結(jié)構(gòu)，切斷頂板的應(yīng)力傳遞，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化應(yīng)力分布的目的。切頂后的頂板能夠按設(shè) 計(jì)位置垮落，充分碎脹支撐基本頂，使目的巷道處于卸壓區(qū)，減少高應(yīng)力環(huán)境的威脅。該技術(shù)具以下優(yōu)點(diǎn)：（1）消除臨近工作面煤體上方應(yīng)力集中。切頂卸壓自動(dòng)成巷技術(shù)通過(guò)定向聚能爆破技術(shù)對(duì)巷道頂板及上覆巖層進(jìn)行定向切割，采空區(qū)頂板與巷道頂板分離，切斷兩者之間應(yīng)力傳播途徑；（2）控制采空區(qū)頂板垮落形態(tài)，改變以往頂板自然無(wú)序的垮落狀態(tài)，充分利用采空區(qū)巖體的碎脹和承載特性；（3）操作簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，且實(shí)施過(guò)程中不影響生產(chǎn)；（4）在優(yōu)化圍巖應(yīng)力分布的同時(shí)，可有效避免瓦斯突出、沖擊地壓等安全隱患，具有安全性。切頂卸壓作為110工法的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)已取得了滿意的應(yīng)用效果，
在對(duì)工程地質(zhì)條件充分研究的基礎(chǔ)上，分析巷道頂板各巖層力學(xué)性質(zhì)，并分析傳統(tǒng)錨索支護(hù)情況下巷道圍巖的變形情況；結(jié)合NPR恒阻大變形錨索的結(jié)構(gòu)特征和力學(xué)特性分析，研究其在此種頂板條件下的支護(hù)機(jī)理，提出動(dòng)壓擾動(dòng)采區(qū)大巷NPR恒 阻大變形錨索支護(hù)及配套技術(shù)。達(dá)到有效支護(hù)、阻斷圍巖向大巷產(chǎn)生的破壞力，達(dá)到減少大巷的變形量。
實(shí)踐案例：
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概況
汾西礦業(yè)（集團(tuán)）賀西煤礦距柳林縣城東南15km左右，位于陳家灣鄉(xiāng)賀家社村 西。井田為一不規(guī)則多邊形，略呈方形，東西長(zhǎng)6.170km南北寬5.635km，面積18.908km2，煤層開(kāi)采深度由800m~420m標(biāo)高。
賀西煤礦作為汾西礦業(yè)集團(tuán)的主力礦井之一，由于采動(dòng)和應(yīng)力疊加影響，3#煤層 軌道、運(yùn)輸、回風(fēng)大巷出現(xiàn)了巷道大變形問(wèn)題。目前所采用的錨網(wǎng)索噴等支護(hù)形式無(wú)法對(duì)巷道圍巖進(jìn)行有效的控制，難以形成有效的承載結(jié)構(gòu)，巷道幫鼓嚴(yán)重，底鼓及頂 沉現(xiàn)象明顯，變形逐漸加劇，致使巷道無(wú)法正常使用，需多次擴(kuò)巷翻修，嚴(yán)重影響了礦井的正常生產(chǎn)。因此，對(duì)該礦大巷圍巖穩(wěn)定性控制已勢(shì)在必行。
2、巷道原支護(hù)形式
臨近3314工作面三條大巷設(shè)計(jì)為直墻半圓拱結(jié)構(gòu)，采用錨網(wǎng)索+噴漿支護(hù)。頂錨采用 Φ22×2400mm 左旋螺紋鋼錨桿,每排9根，幫錨采用Φ20×2200mm左旋螺紋鋼錨桿，每排6根，錨桿間排距均為800×800mm。錨索為Φ21.6mm鋼絞線，頂錨索長(zhǎng)為6300mm，每排7根，幫錨索長(zhǎng)為4300mm，每排兩根，間排距為1200×1600mm。
方案設(shè)計(jì)：
本設(shè)計(jì)中有別于在對(duì)應(yīng)的大巷采取切頂卸壓，本次在回收通道切頂卸壓，通過(guò)預(yù)裂切縫爆破，在工程局部可測(cè)范圍之內(nèi)切斷工作面間頂板的傳遞能力，減弱巷道頂板壓力，且預(yù)裂爆破能夠很好地保護(hù)巷道頂板完整性。利用恒阻大變形錨索對(duì)大巷進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固，控制大巷圍巖變形，使所大巷圍巖能夠最大限度地發(fā)揮自身承載作用，減少巷道變形。
工作面回撤通道切頂卸壓采用雙向聚能爆破預(yù)裂技術(shù)，將特定規(guī)格的炸藥裝在兩個(gè)設(shè)定方向有聚能效應(yīng)的聚能裝置中，炸藥起爆后，炮孔圍巖在非設(shè)定方向上均勻受壓，而在設(shè)定方向上集中受拉，依靠巖石抗壓怕拉的特性，使巖石按設(shè)定方向拉裂成型，從而實(shí)現(xiàn)被爆破體按設(shè)定方向張拉斷裂成型。
為了控制巷道大變形，研制了一種能適應(yīng)深部巷道大變形的恒阻大變形錨桿/索，并形成了相應(yīng)的支護(hù)理論、支護(hù)技術(shù)及控制對(duì)策。恒阻大變形錨桿包括恒阻裝置、桿體、托盤(pán)和螺母，其恒阻裝置內(nèi)表面和所述桿體的外表面均為螺紋結(jié)構(gòu)，恒阻裝置套裝于所述桿體的尾部，托盤(pán)和螺母依次套裝在所述恒阻裝置的尾部，螺母和恒阻裝置通過(guò)螺紋連接。
存在問(wèn)題及相關(guān)實(shí)踐措施：
對(duì)于以上敘述的設(shè)計(jì)方式，在真正的實(shí)踐中取得了預(yù)期效果，提前切縫，未造成支架回收困難。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間檢測(cè)發(fā)現(xiàn)相鄰大巷礦壓觀測(cè)，相互之間的數(shù)值有所變化，頂幫移近量相對(duì)很小，較為顯著的是噴漿巷道表面未發(fā)現(xiàn)明顯變化。
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在施工過(guò)程中恒阻錨索在施工過(guò)程中遇到頂板破碎及離層，所產(chǎn)生的后果較為明顯，在后續(xù)的實(shí)踐中擴(kuò)孔裝恒阻器，造成整個(gè)工程無(wú)法繼續(xù)進(jìn)行。隨著分析結(jié)果呈現(xiàn)，對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的對(duì)策思考，具體如下：回收通道要提前進(jìn)行整體的規(guī)劃與設(shè)計(jì)，盡量減少頂板的變形量，避免支架安裝過(guò)程中破壞頂板完成性，提高掘進(jìn)時(shí)的錨桿錨索布置位置，便于布置恒阻錨索的位置。
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對(duì)施工對(duì)象進(jìn)行切縫孔形成后，在安裝裝置聚能管的過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)因孔內(nèi)碎渣，而導(dǎo)致安全隱患，并且隨著聚能管上放的整個(gè)過(guò)程，所受到的阻力相對(duì)過(guò)大，無(wú)法全部將聚能管放進(jìn)去。針對(duì)這樣的情況現(xiàn)場(chǎng)使用外徑43mm的聚能管，使用48mm的鉆頭形成的鉆孔。應(yīng)該根據(jù)頂板巖性和完整性選用51mm-55mm的鉆頭，提高間隙比，增加現(xiàn)場(chǎng)可操作性。
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部分聚能管的中間部位遇阻，無(wú)法將全部的能量傳遞上去，其中封泥長(zhǎng)度達(dá)不到2.5m。另外擔(dān)心在運(yùn)行過(guò)沉重設(shè)備距炮眼口近，最后造成炮眼口開(kāi)炮后變形量大，對(duì)支架形成大的壓力，炮煙過(guò)大。對(duì)此情況，實(shí)行過(guò)較多的措施，其中一種具體如下：現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)格保障正向裝藥，對(duì)安全性有保障。現(xiàn)場(chǎng)切縫孔處變形量不大，切縫后未對(duì)支架回收造成影響。嚴(yán)格保障正向裝藥、炮煙不大。最低封泥600mm，特殊情況可考慮加水炮泥，增加安全性。
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對(duì)于切頂?shù)男秹鹤o(hù)巷進(jìn)行爆破，在工作面下的出口中，頂板受到的影響需要重視起來(lái)。在實(shí)踐中切頂卸壓的護(hù)巷，超前頂板機(jī)巷受到的壓力相對(duì)減少，而底板機(jī)巷受到的壓力也相對(duì)減少。但在礦井下的工作面的來(lái)壓期間有一定的周期性，使得下出口頂板會(huì)在切頂線處會(huì)出現(xiàn)提前剪切斷裂，至此頂板的破碎會(huì)逐漸下沉，嚴(yán)重影響到端頭支架向后推移。
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會(huì)造成切頂卸壓護(hù)巷工作產(chǎn)生中斷現(xiàn)象的有因有：過(guò)構(gòu)造帶、過(guò)聯(lián)絡(luò)巷及破碎帶等。依據(jù)實(shí)踐現(xiàn)場(chǎng)的情況，造成嚴(yán)重的巷道壓力變大的原因是巷道煤柱在對(duì)巷口實(shí)行聯(lián)絡(luò)、構(gòu)造帶運(yùn)行推進(jìn)速度較慢。所以，在對(duì)過(guò)聯(lián)絡(luò)巷及過(guò)構(gòu)造帶時(shí)要更加堅(jiān)持對(duì)頂部的卸壓，此過(guò)程中要及時(shí)調(diào)整煤礦爆破機(jī)械參數(shù)，對(duì)機(jī)巷的超前支護(hù)進(jìn)行加強(qiáng)。
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在試驗(yàn)階段的一部分為切頂卸壓工作，其中的相關(guān)參數(shù)需要在試驗(yàn)不斷調(diào)整，更需要設(shè)立相關(guān)的專(zhuān)業(yè)人士進(jìn)行攻關(guān)解決，其中要解決的問(wèn)題包括：1、對(duì)于炸藥及聚能管裝備的安裝問(wèn)題。一定要達(dá)到“裝得進(jìn)、方向準(zhǔn)、效果好”的實(shí)踐目的；2、要適當(dāng)?shù)慕鉀Q封泥問(wèn)題，首先就是要放便封閉，其次就是保證對(duì)封泥的爆破效果；3、要對(duì)切頂護(hù)巷爆破孔的孔深、間距、裝藥量進(jìn)行優(yōu)化，并找到適合的爆破參數(shù)。
結(jié)論：
本文主要就采區(qū)大巷切頂卸壓技術(shù)在煤礦生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用進(jìn)行了探討，此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用降低了成本，有效了建設(shè)了回采面回采結(jié)束后對(duì)相鄰大巷的采動(dòng)影響，巷道變形量大幅減少。但是還會(huì)有較多的問(wèn)題需要在今后的研究中仔細(xì)分析得到，這為今后的生產(chǎn)安全奠定一定理論基礎(chǔ)。
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