山西汾西矿业集团曙光煤矿 山西孝义 032300
摘要：通过曙光煤矿1226工作面沿空成巷无煤柱开采技术的实施，有效解决了矿井掘进成本较高，接替紧张等问题。研究成果可作为汾西矿业集团类似条件下采用切顶卸压自成巷技术借鉴，其推广意义深远。
关键词：切顶卸压；自成巷；无煤柱
切顶卸压自成巷无煤柱开采技术，是在回采巷道将要形成的采空区侧定向预裂，切断顶板的应力传递路径，缩短顶板悬臂梁的长度，减少采空区侧煤体受到回采动压的影响。工作面回采后，顶板沿预裂位置滑落形成巷帮，该巷道作为下工作面的运输巷，且其受顶板作用力大大减少，能保证巷道使用期间的稳定性。曙光煤矿主采2、3号煤层，地下开采方式，生产规模90万t/a，所用巷道均沿煤层全高掘进，采用矩形断面，现行掘进断面尺寸4×2.5m，掘进断面面积10m2。巷道断面大，掘巷速度慢，掘进成本较高，致使接替紧张，急需采用切顶卸压自成巷新技术及其配套工艺来实现安全高效生产。
1 工作面概况
1226综采工作面可采走向长度1562m，倾向长度180.5m，实体长176 m。1226工作面所采煤层属于二叠系下统山西组2#煤，煤层厚度平均为2.85m，工作面沿顶底板割煤，不得留顶底煤。根据煤层厚度及配套的采煤机、液压支架及资源回收要求，1226综采工作面平均采高为2.85m。本次切顶留巷设计2#煤层1226工作面的运输巷，留巷长度为1562m。
2 方案设计
采用以“切顶卸压+恒阻大变形锚索支护”为主体的设计方案，通过预裂切缝爆破，在局部范围切断工作面顶板应力传递，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进行补强加固，控制顶板下沉，使所留巷道围岩能够最大限度地发挥自身承载作用，减少巷道变形，保证留巷效果。工作面推进过程中，所留巷道会受到动压影响，需要对所留巷道采取相应的支护措施。根据上述思路，结合以往工程经验和矿方意见，提出了以下设计方案。工程实施过程中，若发现支护强度不够，巷道变形过大，应及时调整支护方案，采取应对措施。为保证留巷效果，在1226工作面运输巷道靠近回采侧范围内进行切顶爆破，并且在开切眼和停采线附近绕角每侧多切顶15m如图1所示。
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图1 1226工作面切顶位置
2.1 顶板预裂切缝设计
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。
该爆破技术是在对比研究多种聚能爆破和定向爆破方法的基础上发展起来的一种新型聚能爆破技术，施工工艺简单，应用时只需要在预裂线上施工炮孔，采用双向聚能装置装药，并使聚能方向对应于岩体预裂方向。爆轰产物将在两个设定方向上形成聚能流，并产生集中张拉应力，使预裂炮孔沿聚能方向贯穿，形成预裂面。由于钻孔间的岩石是断裂的，爆破炸药单耗将大大下降，同时由于聚能装置对围岩的保护，钻孔周边岩体所受损伤也大大降低，可以达到实现预裂的同时又可以保护巷道顶板。
2.2 恒阻大变形锚索设计
为了保证切顶过程和周期来压期间巷道的稳定性，在对巷道顶板进行预裂切顶前采用恒阻大变形锚索补强加固。
为使恒阻锚索在留巷的过程中发挥较好的悬吊作用，同时有效保护锚固端，因此恒阻锚索长度一般设计为H缝+2.0m+外露长度（0.3m），并确保锚固端位于较稳定岩层内。考虑到顶板岩层分布、巷道原有支护参数情况，施工时至少超前工作面100m，具体根据矿压显现情况调整。
恒阻锚索补强支护密度一般为每米补打1~2根锚索，另外恒阻锚索主要布设于切缝侧对于顶板支护更为有利。根据以往工程经验，结合巷道原有支护形式和参数，恒阻大变形锚索垂直于顶板方向布置。1226工作面运输和材料巷共布设2列恒阻大变形锚索，第一列恒阻锚索距切缝钻孔400mm（距回采侧煤帮550mm），排距1000mm；第二列中线偏实体煤侧200mm，排距2000mm。恒阻锚索相邻锚索之间用3mm*280mmW钢带连接（平行于巷道走向）。恒阻大变形锚索直径取为21.8mm，恒阻器长450mm，直径85mm，恒阻值为32t，预紧力不小于25t。
留巷段回采侧的绞车硐室、材料硐室及排水硐室等，以及切缝线至上帮之间的锚杆、锚索在回采前进行退锚处理。硐室口及前后5m范围内对顶板加强支护。
2.3 巷道临时支护设计
工作面推进过程中，不同位置巷道受采动影响不同。工作面超前段会受到超前压力的影响。工作面开采后，顶板开采垮落，且从垮落到稳定需要一定的时间，因此距工作面较近的架后区域不仅需要进行顶板支护，还需进行挡矸支护。随着工作面继续推进，当巷道距工作面较远时，顶板运动基本会趋于稳定，此时可将架后临时支护的设备撤掉，只进行挡矸支护即可。撤临时支护设备需要根据现场矿压监测的数据，等留巷段顶板稳定以后，才可以撤掉临时支护设备。
根据以往现场监测数据，将工作面附近划分为三个区：超前支护区（工作面前方30m），架后临时支护区（架后0m~200m）和成巷稳定区（架后200m之后），不同分区根据需要采取不同的支护措施。
2.3.1 超前支护区（煤壁前方0-30m）
此段巷道位于工作面超前采动影响区，需超前加强支护。结合工作面现有条件，采用单体液压支柱配Π型梁进行超前支护，机巷采用一梁一柱3垂直巷道布置，支护距离不少于30m。超前支护以外巷道的支护出现变形时应及时打点柱支护或加补挑棚处理，棚腿损坏时要及时更换。
2.3.2 架后临时支护区（架后0-200m）
此段巷道位于工作面超后影响区，采空区顶板岩石垮落会对巷道顶板产生一定的摩擦作用，巷道受动压影响明显，顶板压力较大。因此，在架后0~200m范围内，顶板需要临时加强支护。现有的架后临时支护主要有单体临时支护、单体+墩式支架临时支护和门式刚架临时支护，其中单体主要用在浅埋深薄煤层压力比较小的留巷过程中，曙光煤矿埋深较大，压力显现明显主要应从单体+墩式支架临时支护和门式刚架临时支护选用。
2.3.3 成巷稳定区（架后200m之后）
此段巷道受采动影响很小，根据矿压监观测结果，当顶底板移近量及顶板锚索受力趋于稳定时可认为该区域顶板已趋于稳定状态，可将临时支护单体撤掉，只保留可伸缩U型钢进行挡矸支护。根据瓦斯监测及通风风量监测情况，可确定是否进行碎石帮侧喷浆（可用水泥抗裂砂浆或矿用高分子堵漏材料）处理，喷浆厚度50mm，必要时采取复喷。
3 存在的问题及改进措施
（1）恒阻锚索预紧力不足，达不到设计预紧力25t。 改进措施：要求施工队组将原来施工锚索涨拉机更换为MQ22-500/63型锚索涨拉机，经测试该型号涨拉机能够满足施工要求。
（2）门式支架立柱倾斜，工作阻力达不到要求，立柱损坏严重，达不到预定支护效果。改进措施：加大门式支架架设管理，在架设门式支架时立柱向外侧倾斜5度左右，使门式支架立柱呈正八字；在立柱下加大柱鞋规格，防止立柱出现钻底现象；对出现立柱倾斜的支架及时进行调整，损坏立柱进行更换，使之达到设计要求；每班加强对门式支架工作阻力的监测，发现不达标的及时进行补液加压。
参考文献：
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