切顶卸压自动成巷无煤柱开采技术在不同顶板条件下的应用与实践
王子越1，宋润权2
，黄
伟2
，杨
刚
2
（1.天地科技股份有限公司开采设计事业部，北京100013； 2.四川煤炭产业集团芙蓉公司白皎煤矿，四川宜宾644501）
［摘要］为解决白皎煤矿保护层留煤柱引发的采空区瓦斯积聚、瓦斯突出及应力集中对近距
离煤层开采引起的灾害问题，进行了切顶卸压自动成巷无煤柱开采技术实践。给出了厚顶板煤层合理切顶深度的经验计算公式，并实现了近距离薄顶板煤层切顶卸压自动成巷，提出了完整的切顶卸压自动成巷施工工艺。切顶卸压自动成巷巷道在下一工作面回采期间变形量较小，取得了良好的技术经济效益。
［关键词］
切顶卸压；自动成巷；无煤柱开采；厚顶板煤层；薄顶板煤层；切顶深度
［中图分类号］TD823.25
［文献标识码］B
［文章编号］1006-6225（2016）06-0035-03Application and Practial of Anthracitic Column Mining with Ｒoadway Auto-generation by Ｒoof Cutting Unloading in Different Ｒoof Situation
［收稿日期］2016－04－28
［DOI ］10.13532/11－3677/td.2016.06.010［作者简介］王子越（1988－），男，山东滨州人，硕士，从事巷道支护理论与技术研究。
［引用格式］王子越，宋润权，黄伟，等.切顶卸压自动成巷无煤柱开采技术在不同顶板条件下的应用与实践［J ］．煤矿开采，2016，21
（6）：35－37.
切顶卸压自动成巷无煤柱开采技术工序简单，
工程量小，可与工作面回采平行作业，同时取消了采空区煤柱，消除了采空区发火源，避免了煤柱应力集中对近距离煤层开采引起的灾害。国内外学者与工程技术人员进行了大量研究工作
［1－3］
。张国
锋、何满潮等对切顶卸压自动成巷技术的原理、理
论基础和技术关键进行了研究
［4－5］
，提出了完整的施工工艺流程，并在现场成功实施；陈勇、郝胜鹏
［6］
等对切顶卸压采用的浅孔爆破技术的各项参
数进行了数值模拟研究，得出了最佳装药孔间距和
装药孔不耦合系数；何满潮、郭志飙发明了一种恒阻大变形锚索
［7］
，并对其力学性能进行了研究，
为切顶卸压自动成巷巷道的支护提供了有效手段。上述成果从理论和技术实践上都得到了较好地发展
和应用，但缺少合理切顶深度的研究，同时切顶卸压自动成巷多在厚顶板条件下实现，缺乏近距离薄煤层切顶成巷实践。
本文以四川芙蓉矿区白皎煤矿近距离煤层无煤柱开采为工程背景，经过多次现场试验，提出了厚顶板切顶卸压自动成巷合理切顶深度的确定方法，并实现近距离薄煤层切顶卸压自动成巷。切顶卸压自动成巷无煤柱开采技术在不同顶板条件下的应用取消了采空区煤柱，提高了采出率，避免了采空区发火源和应力集中在近距离煤层开采引起的灾害问
题。同时，减少了巷道掘进量，缓解了采掘接续紧张的局面，降低了吨煤成本，取得了良好的经济技
术效果。
1切顶卸压自动成巷无煤柱开采技术关键工艺流程切顶卸压自动成巷无煤柱开采技术采用聚能管
定向爆破技术沿巷道轴向靠近工作面侧超前预裂顶板，在工作面周期来压作用下，顶板沿预裂缝切落。切顶范围内顶板岩体垮落碎胀，支承上覆岩层，从而减少上覆岩层的下沉和回转变形，实现留巷卸压。切落的顶板岩体形成巷帮，保留工作面下平巷，经过简单的采空区侧防漏风防火处理即可使用，从而实现一面一巷的回采方式。其主要的工艺流程为：
掘进施工首采面上下平巷→使用大变形恒阻锚索超前加固下平巷采空区侧顶板→采用聚能环定向爆破技术进行顶板预裂缝施工→回采工作面→在顶板周期来压作用下，切顶范围内岩体沿预裂缝自动切落成巷帮→对工作面后方稳定区巷道进行二次维护→对成巷区进行防漏风防火等密闭处理措施。
2
不同顶板条件下切顶卸压沿空留巷开采技术实践白皎煤矿24采区共有1 5号5层煤层，其中
1 4号煤层可采，为近距离煤层，采用下行开采顺
5
3第21卷第6期（总第133期）
2016年12月煤矿开采
COAL MINING TECHNOLOGY
Vol.21No.6（Series No.133）
December
2016
中国煤炭期刊网 w w w .c h i n a c a j .n e t
序。其中，1号煤层为坚硬顶板，2号煤层为中硬顶板，3号煤层为中硬薄顶板，4号煤层为软弱薄顶板。煤层层位关系及基本情况见表1。
表1煤层主要物理性质
物理性质
煤层编号
1号2号3号4号5号
煤厚/m0.8 1.5 1.3 1.80.5倾角/（ʎ）88888
结构夹矸厚
度0.8m
简单简单简单简单
稳定性不稳定稳定较稳定稳定不稳定
可采性局部可采可采可采可采不可采2.1厚顶板的切顶护巷
基于切顶卸压沿空留巷理论基础，经过现场反复实践探索，提出以下合理切顶深度的确定方法：切顶深度可根据以下原则计算，即煤层开采完毕，切落顶板碎胀后能有效支撑上覆岩层。由于顶板切落碎胀支撑上覆岩层后，破碎岩石会进一步压实，所以应取残余碎胀系数。不同岩性围岩残余碎胀系数不同，经现场实践，煤系沉积岩残余碎胀系数可取1.15 1.2。
切顶深度H可按照下式计算：
H=
h
k'
ρ
－1
（1）
式中，h为采高；k'ρ为残余碎胀系数。
切顶深度应根据顶板条件适当调整，若顶板围岩完整坚硬，应适当增加切顶深度，若顶板围岩软弱破碎，可适当减小切顶深度。
2.1.1工程实践
2号煤层顶底板岩性见表2。
表22号煤层顶底板岩性
岩性厚度/m强度基本顶细砂岩≥5.040.2MPa
直接顶砂质泥岩 1.5 3.636.3MPa 煤线0.4f=2 4细砂岩 2.2 4.240.2MPa 砂质泥岩 1.5 2.036.3MPa
煤层煤 1.2
底板黏土岩0.8 4.5
试验巷道为白皎矿2422工作面机巷，异形断面，巷高2.5m，巷宽3.2 4.4m，长465m。巷道顶板主要为砂质泥岩和细砂岩，中硬厚顶板，初始支护为锚杆索联合支护。工作面采用综合机械化开采，平均采高1.2m。利用双向聚能拉张成型爆破技术进行切顶，使用恒阻锚索进行巷旁支护。根据式（1）算得切顶深度为6m，考虑顶板以上5m处为煤线，强度较低，会自动垮落，最终确定切顶深度为5m。2.1.1.1留巷掘进支护
锚杆：锚杆为恒阻大变形锚杆，直径20mm，长度2200mm。使用K2350树脂锚固剂进行端头锚固，每根锚杆使用2根锚固剂。锚杆预紧扭矩≥100N·m。
底角锚杆：采用直径为42mm，长度2200mm 无缝钢管，每排2根。下扎30ʎ打设，后插直径22mm钢筋后进行注浆锚固。
锚索：顶板支护形式为恒阻大变形锚索，锚索规格为：长8000mm，直径15.6mm，端头锚固，每根锚索使用4只K2350树脂锚固剂，锚索预紧力≥120kN。
托盘：锚杆托盘为木托盘和铁托盘组成的复合托盘，其中铁托盘为120mmˑ120mmˑ10mm碟形托盘，木托盘规格为120mmˑ80mmˑ50mm。锚索托盘由20号废旧槽钢切割而成，尺寸为200mmˑ200mmˑ10mm，使用尺寸为150mmˑ150mmˑ10mm 的钢板中间加焊进行强化，钢板中心眼孔直径为20mm。
支护结构参数见图1。
图1白皎矿2422工作面机巷支护参数
2.1.1.2爆破切顶钻孔布置参数
根据试验现场的实际条件，试验中选用 25mm乳化炸药，聚能管内径为28mm，外径为32mm，炮孔直径为35mm，顶板炮孔间距为0.5m。
为避免大面积破坏顶板，药量应参照顶板岩性f=4 6确定为小于800g/孔。为防止爆破冲击波破坏浅部顶板，使其爆破能量更好地沿聚能管切缝释放切割顶板，在聚能管内充填黄泥1.6m，进行孔口充填封孔。
2.1.1.3动压加强支护参数
（1）采用DZ25－25/100型单体液压支柱配工字钢梁对工作面前方超前支承压力区进行临时支护，超前压力区前10m每排架设2根单体柱，柱
63总第133期煤矿开采2016年第6期中
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