談煤礦工作面切頂卸壓自動成巷技術

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隨著國家對煤礦資源的大量開采，各類煤礦企業(yè)加大了對煤礦資源的開采力度，科學的有依據(jù)的增加不同地域工作面的設計施工建設，成為當前煤礦企業(yè)重點發(fā)展方向。其中，山西焦煤西山煤電集團公司官地煤礦12605工作面的建設則為其中之一。為此，根據(jù)結(jié)合12605工作面的實際概況，從頂板頂裂切縫、恒阻大變形錨索及其施工過程等關鍵方面，開展了該工作面切頂卸壓自動成巷過程的關鍵技術研究，并對此總體設計及施工方案進行了總結(jié)評價，驗證了方案及實際操作的科學性和可行性。這對該工作面的全面系統(tǒng)設計建設提供了重要基礎，實際指導價值重大。

1工作面概況分析

12605工作面是山西焦煤西山煤電集團公司中官地煤礦的重要工作面，其地理位置位于南六采區(qū)膠帶巷東南側(cè)，工作面東北側(cè)為12603工作面，與本工作面相距23m，西南側(cè)為未采區(qū)。切眼東南側(cè)存在2#煤層小窯破壞區(qū)。12605工作面屬南六采區(qū)2#煤層，1051水平。正巷設計長度為931m，切眼設計長度為220m，均采用矩形斷面。巷道跟直接頂跟底掘進，坡度4°～9°。

2總體方案設計

2.1頂板預裂切縫支護設計方案

頂板預裂切縫的設計方案主要是將一定量的炸藥裝在聚能裝置中，之后將裝置按照提前設計的爆破方向進行安裝擺放，當炸藥發(fā)生爆炸時，在未安裝聚能裝置區(qū)域的煤層將會出現(xiàn)均勻的受壓狀態(tài)，使得煤層出現(xiàn)向四周擴散的現(xiàn)象，而在安裝聚能裝置的區(qū)域，爆炸產(chǎn)生的沖擊波將使煤層向著特定方向進行拉裂成型，以達到對頂板進行預裂紋施工的目的。在此工作面中應用的聚能爆破技術比當前該領域常見的聚能爆破技術更加先進，操作更加簡單，使用時只需提前施工炮孔，并將聚能裝置安裝于特定方向的炮孔中，引爆炸藥即可。結(jié)合12605工作面的結(jié)構(gòu)特點和爆炸施工需求，需保證所切縫與豎直面的夾角達到16°左右，每一條切縫的間距控制在0.5m范圍內(nèi)，以保證整個爆破過程能達到最佳切縫效果。

2.2恒阻大變形錨索補強支護設計方案

恒阻大變形錨索補強支護方式是實現(xiàn)工作面自動成巷的重要方式，可有效保證整個切頂過程的穩(wěn)定性及縮短巷道的施工周期。在充分考慮較好懸吊基礎上，將恒阻錨索長度設計為H縫＋2m范圍，并將錨索固定于兩端的巖層內(nèi)部。根據(jù)巷道的結(jié)構(gòu)特點，將支護區(qū)域進行了2個區(qū)域段的劃分，包括TC750m-TC600m、TC600m-TC50m，各區(qū)域段的長度分別為10m和9m左右。另外，錨索的布局采用了3×3結(jié)構(gòu)類型，行距設置為1.2m，排距設置為1m，錨索則采用了Φ21.6mm×10300mm的恒阻大變形錨索、Φ21.6mm×5200mm的鋼絞線錨索，Φ20mm×2000mm的螺紋鋼錨索等類型，支護區(qū)的鋼筋網(wǎng)采用了多層次的1.5m×1.5m的分布方式進行焊接連接，每層鋼筋網(wǎng)的距離為0.1m，利用鐵絲進行捆扎連接。當出現(xiàn)漏捆扎情況時，可通過菱形結(jié)構(gòu)支撐焊接在鋼筋網(wǎng)上，以保證整個鋼筋網(wǎng)的支撐強度。

3施工過程設計

3.1施工過程方案設計

整個施工過程設計了四個關鍵步驟，步驟如下：步驟1：結(jié)合所設計的錨索布局方式，采用恒阻錨索加強支護加固方式進行現(xiàn)場施工，保證所設計的支護參數(shù)滿足設計要求，并將切縫及恒阻錨索的方向，添加W型的鋼帶結(jié)構(gòu)，以提高整個巷道的支護性能。步驟2：在頂板預裂縫及恒阻大變形施工中，在12605巷道的壓道開始位置進行爆破鉆孔，每個鉆孔的位置為橫向0.5m，縱向0.5m，炮孔的深度為6m左右，針對特殊位置炮孔，需保證所鉆孔與豎直面之間具有15℃的傾斜。另外，所設計的聚能裝置管的長度分別設置為1.5m和2m兩種規(guī)格，在孔口處封水泥約2m。步驟3：對巷道進行架后的擋矸支護操作，在完成前面的切縫操作后，將已經(jīng)準備好的擋矸插入至相應縫隙中，所有擋矸按照每隔0.5m的間距進行設置，擋矸之間通過U型鋼筋網(wǎng)進行固定填充。為防止鋼筋的左右松動，通過木楔對其進行固定。步驟4：對采用C40的混泥土對切縫進行噴漿操作，整個噴漿過程為往返式均勻噴涂，待噴涂部分穩(wěn)定后，對未噴到區(qū)域進行補噴操作，以此保證整個切縫的噴漿均勻，且達到相關規(guī)范的強度要求。

3.2施工工藝要求

（1）頂板預裂爆破鉆孔施工工藝要求。在對頂部的預裂切縫施工過程中，采用了DCA類型的鉆機對其進行爆破鉆孔操作，施工長度達到800m，在這過程的，所涉及到的工藝流程為：爆破鉆孔中，在以相對中線作為鉆孔基準，將這個施工沿線放樣一條直線，沿此直線，每隔0.5m進行爆破鉆孔，每個鉆孔的深度需保證1m以上；之后將鉆機上鉆桿位置調(diào)整成與水平面夾角為75°，對施工沿線進行斜口爆破孔的施工操作；針對此斜口鉆孔，采用了直徑為50mm的鉆頭進行施工，孔間距設置為0.5m，鉆孔深度設置為0.8m，由此，完成對頂部預裂切縫的爆破鉆孔施工過程。（2）恒阻大變形錨索安裝工藝。根據(jù)12605工作面的地質(zhì)條件情況，結(jié)合當前成熟的恒阻大變形錨索安裝技術，有針對性的對其工藝過程進行了確定，包括：敲幫問頂—標定錨桿眼位置—準備鉆具—點錨索眼—打錨索眼—擴恒阻器安裝孔—準備錨固劑和鋼絞線—將錨固劑錨固錨索攪拌充分—安裝W鋼帶—錨索托盤安裝—恒阻器安裝—鎖具安裝—施加預緊力—清理現(xiàn)場等操作，其中，定眼位、更換鉆頭及添加錨固劑等工藝要求如下：標定錨桿眼位置：錨桿的位置確定需根據(jù)前文總體方案進行確定，所有位置需開設在巷道的中線上，并達到前文總體方案中的設計要求；更換MS-SPD45/85型恒阻器安裝孔導向擴孔鉆頭，直徑為85mm，沿著錨索鉆孔導向?qū)︺@孔表面進行擴孔，擴孔深度500mm；將1條MSK2380和2條MSCK2360錨固劑逐條裝入錨索眼內(nèi)，然后用長度為10300mm/9300mm鋼絞線將錨固劑輕輕頂入孔底。

4實際操作效果評價

為進一步驗證所設計的頂板頂裂切縫、恒阻大變形錨索及其施工過程的可行性，對此總體方案在整個過程進行了實際效果評價。經(jīng)過跟蹤記錄，此總體方案對工作面起到較好的實際效果，使得工作面的現(xiàn)場布局更加合理，建好的工作面各項性能超過了國家規(guī)范的要求，工作面中的設備匹配更加合理，炸藥及錨索的用量也實現(xiàn)了最低用量控制，爆破成縫效果較好，施工過程井然有序，施工周期也縮短了將近10%，給企業(yè)節(jié)約了將近了100萬的費用支出。在整個過程中，人員的勞動強度也大大降低，得到相關領導及作業(yè)人員的一致認可。

5結(jié)語

有針對性的對12605工作面切頂卸壓自動成巷過程的關鍵技術進行設計研究，不僅能有效保證工作面的施工質(zhì)量，也能合理、有規(guī)劃的對相關配套設備及材料等進行合理匹配調(diào)用。為此，結(jié)合12605工作面的地質(zhì)特點，對其工作面中切頂卸壓自動成巷過程，開展了頂板頂裂切縫、恒阻大變形錨索及其施工過程等過程的設計研究，并最終對整個環(huán)境進行了調(diào)查總結(jié)，結(jié)果表明了此關鍵技術的設計，達到了較好的現(xiàn)場設計及施工操作效果，保證施工質(zhì)量和縮短工期的同時，也降低了相關費用的支出，所帶來的實際應用價值重大。

作者：劉昊鵬 單位：西山煤電股份有限公司西銘礦