谈煤矿工作面切顶卸压自动成巷技术

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随着国家对煤矿资源的大量开采，各类煤矿企业加大了对煤矿资源的开采力度，科学的有依据的增加不同地域工作面的设计施工建设，成为当前煤矿企业重点发展方向。其中，山西焦煤西山煤电集团公司官地煤矿12605工作面的建设则为其中之一。为此，根据结合12605工作面的实际概况，从顶板顶裂切缝、恒阻大变形锚索及其施工过程等关键方面，开展了该工作面切顶卸压自动成巷过程的关键技术研究，并对此总体设计及施工方案进行了总结评价，验证了方案及实际操作的科学性和可行性。这对该工作面的全面系统设计建设提供了重要基础，实际指导价值重大。

1工作面概况分析

12605工作面是山西焦煤西山煤电集团公司中官地煤矿的重要工作面，其地理位置位于南六采区胶带巷东南侧，工作面东北侧为12603工作面，与本工作面相距23m，西南侧为未采区。切眼东南侧存在2#煤层小窑破坏区。12605工作面属南六采区2#煤层，1051水平。正巷设计长度为931m，切眼设计长度为220m，均采用矩形断面。巷道跟直接顶跟底掘进，坡度4°～9°。

2总体方案设计

2.1顶板预裂切缝支护设计方案

顶板预裂切缝的设计方案主要是将一定量的炸药装在聚能装置中，之后将装置按照提前设计的爆破方向进行安装摆放，当炸药发生爆炸时，在未安装聚能装置区域的煤层将会出现均匀的受压状态，使得煤层出现向四周扩散的现象，而在安装聚能装置的区域，爆炸产生的冲击波将使煤层向着特定方向进行拉裂成型，以达到对顶板进行预裂纹施工的目的。在此工作面中应用的聚能爆破技术比当前该领域常见的聚能爆破技术更加先进，操作更加简单，使用时只需提前施工炮孔，并将聚能装置安装于特定方向的炮孔中，引爆炸药即可。结合12605工作面的结构特点和爆炸施工需求，需保证所切缝与竖直面的夹角达到16°左右，每一条切缝的间距控制在0.5m范围内，以保证整个爆破过程能达到最佳切缝效果。

2.2恒阻大变形锚索补强支护设计方案

恒阻大变形锚索补强支护方式是实现工作面自动成巷的重要方式，可有效保证整个切顶过程的稳定性及缩短巷道的施工周期。在充分考虑较好悬吊基础上，将恒阻锚索长度设计为H缝＋2m范围，并将锚索固定于两端的岩层内部。根据巷道的结构特点，将支护区域进行了2个区域段的划分，包括TC750m-TC600m、TC600m-TC50m，各区域段的长度分别为10m和9m左右。另外，锚索的布局采用了3×3结构类型，行距设置为1.2m，排距设置为1m，锚索则采用了Φ21.6mm×10300mm的恒阻大变形锚索、Φ21.6mm×5200mm的钢绞线锚索，Φ20mm×2000mm的螺纹钢锚索等类型，支护区的钢筋网采用了多层次的1.5m×1.5m的分布方式进行焊接连接，每层钢筋网的距离为0.1m，利用铁丝进行捆扎连接。当出现漏捆扎情况时，可通过菱形结构支撑焊接在钢筋网上，以保证整个钢筋网的支撑强度。

3施工过程设计

3.1施工过程方案设计

整个施工过程设计了四个关键步骤，步骤如下：步骤1：结合所设计的锚索布局方式，采用恒阻锚索加强支护加固方式进行现场施工，保证所设计的支护参数满足设计要求，并将切缝及恒阻锚索的方向，添加W型的钢带结构，以提高整个巷道的支护性能。步骤2：在顶板预裂缝及恒阻大变形施工中，在12605巷道的压道开始位置进行爆破钻孔，每个钻孔的位置为横向0.5m，纵向0.5m，炮孔的深度为6m左右，针对特殊位置炮孔，需保证所钻孔与竖直面之间具有15℃的倾斜。另外，所设计的聚能装置管的长度分别设置为1.5m和2m两种规格，在孔口处封水泥约2m。步骤3：对巷道进行架后的挡矸支护操作，在完成前面的切缝操作后，将已经准备好的挡矸插入至相应缝隙中，所有挡矸按照每隔0.5m的间距进行设置，挡矸之间通过U型钢筋网进行固定填充。为防止钢筋的左右松动，通过木楔对其进行固定。步骤4：对采用C40的混泥土对切缝进行喷浆操作，整个喷浆过程为往返式均匀喷涂，待喷涂部分稳定后，对未喷到区域进行补喷操作，以此保证整个切缝的喷浆均匀，且达到相关规范的强度要求。

3.2施工工艺要求

（1）顶板预裂爆破钻孔施工工艺要求。在对顶部的预裂切缝施工过程中，采用了DCA类型的钻机对其进行爆破钻孔操作，施工长度达到800m，在这过程的，所涉及到的工艺流程为：爆破钻孔中，在以相对中线作为钻孔基准，将这个施工沿线放样一条直线，沿此直线，每隔0.5m进行爆破钻孔，每个钻孔的深度需保证1m以上；之后将钻机上钻杆位置调整成与水平面夹角为75°，对施工沿线进行斜口爆破孔的施工操作；针对此斜口钻孔，采用了直径为50mm的钻头进行施工，孔间距设置为0.5m，钻孔深度设置为0.8m，由此，完成对顶部预裂切缝的爆破钻孔施工过程。（2）恒阻大变形锚索安装工艺。根据12605工作面的地质条件情况，结合当前成熟的恒阻大变形锚索安装技术，有针对性的对其工艺过程进行了确定，包括：敲帮问顶—标定锚杆眼位置—准备钻具—点锚索眼—打锚索眼—扩恒阻器安装孔—准备锚固剂和钢绞线—将锚固剂锚固锚索搅拌充分—安装W钢带—锚索托盘安装—恒阻器安装—锁具安装—施加预紧力—清理现场等操作，其中，定眼位、更换钻头及添加锚固剂等工艺要求如下：标定锚杆眼位置：锚杆的位置确定需根据前文总体方案进行确定，所有位置需开设在巷道的中线上，并达到前文总体方案中的设计要求；更换MS-SPD45/85型恒阻器安装孔导向扩孔钻头，直径为85mm，沿着锚索钻孔导向对钻孔表面进行扩孔，扩孔深度500mm；将1条MSK2380和2条MSCK2360锚固剂逐条装入锚索眼内，然后用长度为10300mm/9300mm钢绞线将锚固剂轻轻顶入孔底。

4实际操作效果评价

为进一步验证所设计的顶板顶裂切缝、恒阻大变形锚索及其施工过程的可行性，对此总体方案在整个过程进行了实际效果评价。经过跟踪记录，此总体方案对工作面起到较好的实际效果，使得工作面的现场布局更加合理，建好的工作面各项性能超过了国家规范的要求，工作面中的设备匹配更加合理，炸药及锚索的用量也实现了最低用量控制，爆破成缝效果较好，施工过程井然有序，施工周期也缩短了将近10%，给企业节约了将近了100万的费用支出。在整个过程中，人员的劳动强度也大大降低，得到相关领导及作业人员的一致认可。

5结语

有针对性的对12605工作面切顶卸压自动成巷过程的关键技术进行设计研究，不仅能有效保证工作面的施工质量，也能合理、有规划的对相关配套设备及材料等进行合理匹配调用。为此，结合12605工作面的地质特点，对其工作面中切顶卸压自动成巷过程，开展了顶板顶裂切缝、恒阻大变形锚索及其施工过程等过程的设计研究，并最终对整个环境进行了调查总结，结果表明了此关键技术的设计，达到了较好的现场设计及施工操作效果，保证施工质量和缩短工期的同时，也降低了相关费用的支出，所带来的实际应用价值重大。

作者：刘昊鹏 单位：西山煤电股份有限公司西铭矿