談煤礦工作面切頂卸壓自動(dòng)成巷技術(shù)

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隨著國(guó)家對(duì)煤礦資源的大量開采，各類煤礦企業(yè)加大了對(duì)煤礦資源的開采力度，科學(xué)的有依據(jù)的增加不同地域工作面的設(shè)計(jì)施工建設(shè)，成為當(dāng)前煤礦企業(yè)重點(diǎn)發(fā)展方向。其中，山西焦煤西山煤電集團(tuán)公司官地煤礦12605工作面的建設(shè)則為其中之一。為此，根據(jù)結(jié)合12605工作面的實(shí)際概況，從頂板頂裂切縫、恒阻大變形錨索及其施工過(guò)程等關(guān)鍵方面，開展了該工作面切頂卸壓自動(dòng)成巷過(guò)程的關(guān)鍵技術(shù)研究，并對(duì)此總體設(shè)計(jì)及施工方案進(jìn)行了總結(jié)評(píng)價(jià)，驗(yàn)證了方案及實(shí)際操作的科學(xué)性和可行性。這對(duì)該工作面的全面系統(tǒng)設(shè)計(jì)建設(shè)提供了重要基礎(chǔ)，實(shí)際指導(dǎo)價(jià)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(tuán)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(shè)計(jì)長(zhǎng)度為931m，切眼設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為220m，均采用矩形斷面。巷道跟直接頂跟底掘進(jìn)，坡度4°～9°。

2總體方案設(shè)計(jì)

2.1頂板預(yù)裂切縫支護(hù)設(shè)計(jì)方案

頂板預(yù)裂切縫的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)的爆破方向進(jìn)行安裝擺放，當(dāng)炸藥發(fā)生爆炸時(shí)，在未安裝聚能裝置區(qū)域的煤層將會(huì)出現(xiàn)均勻的受壓狀態(tài)，使得煤層出現(xiàn)向四周擴(kuò)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(jìn)行拉裂成型，以達(dá)到對(duì)頂板進(jìn)行預(yù)裂紋施工的目的。在此工作面中應(yīng)用的聚能爆破技術(shù)比當(dāng)前該領(lǐng)域常見的聚能爆破技術(shù)更加先進(jìn)，操作更加簡(jiǎn)單，使用時(shí)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(diǎn)和爆炸施工需求，需保證所切縫與豎直面的夾角達(dá)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(gè)爆破過(guò)程能達(dá)到最佳切縫效果。

2.2恒阻大變形錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)設(shè)計(jì)方案

恒阻大變形錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)方式是實(shí)現(xiàn)工作面自動(dòng)成巷的重要方式，可有效保證整個(gè)切頂過(guò)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(zhǎng)度設(shè)計(jì)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(diǎn)，將支護(hù)區(qū)域進(jìn)行了2個(gè)區(qū)域段的劃分，包括TC750m-TC600m、TC600m-TC50m，各區(qū)域段的長(zhǎng)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(shè)置為1.2m，排距設(shè)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(hù)區(qū)的鋼筋網(wǎng)采用了多層次的1.5m×1.5m的分布方式進(jìn)行焊接連接，每層鋼筋網(wǎng)的距離為0.1m，利用鐵絲進(jìn)行捆扎連接。當(dāng)出現(xiàn)漏捆扎情況時(shí)，可通過(guò)菱形結(jié)構(gòu)支撐焊接在鋼筋網(wǎng)上，以保證整個(gè)鋼筋網(wǎng)的支撐強(qiáng)度。

3施工過(guò)程設(shè)計(jì)

3.1施工過(guò)程方案設(shè)計(jì)

整個(gè)施工過(guò)程設(shè)計(jì)了四個(gè)關(guān)鍵步驟，步驟如下：步驟1：結(jié)合所設(shè)計(jì)的錨索布局方式，采用恒阻錨索加強(qiáng)支護(hù)加固方式進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工，保證所設(shè)計(jì)的支護(hù)參數(shù)滿足設(shè)計(jì)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(gè)巷道的支護(hù)性能。步驟2：在頂板預(yù)裂縫及恒阻大變形施工中，在12605巷道的壓道開始位置進(jìn)行爆破鉆孔，每個(gè)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(duì)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(shè)計(jì)的聚能裝置管的長(zhǎng)度分別設(shè)置為1.5m和2m兩種規(guī)格，在孔口處封水泥約2m。步驟3：對(duì)巷道進(jìn)行架后的擋矸支護(hù)操作，在完成前面的切縫操作后，將已經(jīng)準(zhǔn)備好的擋矸插入至相應(yīng)縫隙中，所有擋矸按照每隔0.5m的間距進(jìn)行設(shè)置，擋矸之間通過(guò)U型鋼筋網(wǎng)進(jìn)行固定填充。為防止鋼筋的左右松動(dòng)，通過(guò)木楔對(duì)其進(jìn)行固定。步驟4：對(duì)采用C40的混泥土對(duì)切縫進(jìn)行噴漿操作，整個(gè)噴漿過(guò)程為往返式均勻噴涂，待噴涂部分穩(wěn)定后，對(duì)未噴到區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)噴操作，以此保證整個(gè)切縫的噴漿均勻，且達(dá)到相關(guān)規(guī)范的強(qiáng)度要求。

3.2施工工藝要求

（1）頂板預(yù)裂爆破鉆孔施工工藝要求。在對(duì)頂部的預(yù)裂切縫施工過(guò)程中，采用了DCA類型的鉆機(jī)對(duì)其進(jìn)行爆破鉆孔操作，施工長(zhǎng)度達(dá)到800m，在這過(guò)程的，所涉及到的工藝流程為：爆破鉆孔中，在以相對(duì)中線作為鉆孔基準(zhǔn)，將這個(gè)施工沿線放樣一條直線，沿此直線，每隔0.5m進(jìn)行爆破鉆孔，每個(gè)鉆孔的深度需保證1m以上；之后將鉆機(jī)上鉆桿位置調(diào)整成與水平面夾角為75°，對(duì)施工沿線進(jìn)行斜口爆破孔的施工操作；針對(duì)此斜口鉆孔，采用了直徑為50mm的鉆頭進(jìn)行施工，孔間距設(shè)置為0.5m，鉆孔深度設(shè)置為0.8m，由此，完成對(duì)頂部預(yù)裂切縫的爆破鉆孔施工過(guò)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(dāng)前成熟的恒阻大變形錨索安裝技術(shù)，有針對(duì)性的對(duì)其工藝過(guò)程進(jìn)行了確定，包括：敲幫問(wèn)頂—標(biāo)定錨桿眼位置—準(zhǔn)備鉆具—點(diǎn)錨索眼—打錨索眼—擴(kuò)恒阻器安裝孔—準(zhǔn)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(yù)緊力—清理現(xiàn)場(chǎng)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(biāo)定錨桿眼位置：錨桿的位置確定需根據(jù)前文總體方案進(jìn)行確定，所有位置需開設(shè)在巷道的中線上，并達(dá)到前文總體方案中的設(shè)計(jì)要求；更換MS-SPD45/85型恒阻器安裝孔導(dǎo)向擴(kuò)孔鉆頭，直徑為85mm，沿著錨索鉆孔導(dǎo)向?qū)︺@孔表面進(jìn)行擴(kuò)孔，擴(kuò)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(zhǎng)度為10300mm/9300mm鋼絞線將錨固劑輕輕頂入孔底。

4實(shí)際操作效果評(píng)價(jià)

為進(jìn)一步驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的頂板頂裂切縫、恒阻大變形錨索及其施工過(guò)程的可行性，對(duì)此總體方案在整個(gè)過(guò)程進(jìn)行了實(shí)際效果評(píng)價(jià)。經(jīng)過(guò)跟蹤記錄，此總體方案對(duì)工作面起到較好的實(shí)際效果，使得工作面的現(xiàn)場(chǎng)布局更加合理，建好的工作面各項(xiàng)性能超過(guò)了國(guó)家規(guī)范的要求，工作面中的設(shè)備匹配更加合理，炸藥及錨索的用量也實(shí)現(xiàn)了最低用量控制，爆破成縫效果較好，施工過(guò)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(wàn)的費(fèi)用支出。在整個(gè)過(guò)程中，人員的勞動(dòng)強(qiáng)度也大大降低，得到相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)及作業(yè)人員的一致認(rèn)可。

5結(jié)語(yǔ)

有針對(duì)性的對(duì)12605工作面切頂卸壓自動(dòng)成巷過(guò)程的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)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(duì)相關(guān)配套設(shè)備及材料等進(jìn)行合理匹配調(diào)用。為此，結(jié)合12605工作面的地質(zhì)特點(diǎn)，對(duì)其工作面中切頂卸壓自動(dòng)成巷過(guò)程，開展了頂板頂裂切縫、恒阻大變形錨索及其施工過(guò)程等過(guò)程的設(shè)計(jì)研究，并最終對(duì)整個(gè)環(huán)境進(jìn)行了調(diào)查總結(jié)，結(jié)果表明了此關(guān)鍵技術(shù)的設(shè)計(jì)，達(dá)到了較好的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)及施工操作效果，保證施工質(zhì)量和縮短工期的同時(shí)，也降低了相關(guān)費(fèi)用的支出，所帶來(lái)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值重大。

作者：劉昊鵬 單位：西山煤電股份有限公司西銘礦