談煤礦工作面切頂卸壓自動成巷技術(shù)

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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(guān)鍵方面，開展了該工作面切頂卸壓自動成巷過程的關(guān)鍵技術(shù)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(chǔ)，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(shù)比當前該領(lǐng)域常見的聚能爆破技術(shù)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(chǔ)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(guān)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(guān)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(shù)，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(guān)領(lǐng)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(guān)鍵技術(shù)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(guān)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(guān)鍵技術(shù)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(guān)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