综采工作面切顶卸压沿空留巷技术应用论文

 

　　关键词：切顶卸压,沿空留巷,采矿行业,综采工作

 

　　切顶卸压沿空留巷技术是新型开采手段之一，该项技术通过变化顶板整体力学结构，帮助企业实现了零压力卸载和巷道保留，使煤矿开采工作迈向了新高度，使整体开采效率得到显著提升，同时为相关企业降低了采集成本，还避免了环境污染和资源浪费情况的发生。基于此，文章重点分析该技术的基本原理、应用现状以及应用策略，希望可以为煤矿企业提供一定的参考价值。

 

 

　　综采（FMCM）作为一项综合性和机械化的采煤工作，帮助煤矿企业完成从破煤－装煤－运输－支撑防护－采后空间处理等多种基本操作流程，并利用机械化工具保证开采作业顺利完成。综采工作面则是综采作业中的指定区域，通过在矿井地下形成一个开放式的工作空间帮助现场操作人员进行开采作业，FMCM比较适合在井下环境稳定、煤层结构单一、内部平整以及顶板和底板条件较好地开展井下采煤工作，需要技术员通过采煤工作面并将其与井底连接，为煤矿顺利运输创造基础条件，“切顶卸压沿空留巷”作为此项工作中的关键核心技术，通过准确控制顶板的切割与卸压数据，可以有效提高巷道的安全性，使煤矿资源得到高效开采，同时实现资源的二次利用，避免开采过程中出现环境破坏等恶劣影响［1］。

 

 

　　切顶卸压沿空留巷正在逐渐成为当今煤矿开采工作中必不可少的一项应用技术，该技术主要通过如顶板切割机械、爆破装置、液压支架、锚杆钻机、带式输送机以及铲运机等机械手段来改变工作面的顶板结构，从而达到卸压和巷道保留目的。在应用该技术的过程中会选择专门的设备，如煤矿切顶钻机、专门切割机械等来分离煤层顶部，再将顶板暴露在空隙上盘，以降低上覆层的整体压力。在此过程中，技术人员需要精通机械的正常操作流程和工程计算，保证切顶深度和尺寸满足预期的卸压计划。此外，该技术还可通过特定的爆破方式在顶岩层形成多个预裂口，利用预裂面稳定性特点有效恢复支护体工作阻力，这一过程的实现需要精确的爆破参数设计，如炮眼深度、装药线密度、起爆时间间隔和顺序等，以及严格的施工控制，如炮眼布置、装药与封孔工作的标准流程、保证爆破作业安全，使预裂面的最终尺寸和所在位置均符合标准要求。FMCM技术可以维护巷道安全，主要通过巷内支护手段和顶部切顶等先进手段来保持巷道内部的稳定性，其中在支护过程中会使用小变形锚杆锚索等工具使稳固点深入到老顶砌体梁结构，起到增加支护强度的作用，而巷外切顶则通过技术人员使用“切落的顶板”对上覆基本顶岩梁进行结构支撑处理，尽可能控制基本顶的转动和沉降形变，帮助煤矿企业实现了卸压和巷道保留的工作目标［2］。

 

 

 

　　FMCM技术受现场井下地质条件和矿产分层状态的影响，复杂多变的矿井环境（如岩层紧密和顶板压力过大地区）会造成切顶卸压数据和支护参数不精准，需要井下操作人员结合实际环境进行灵活调整，再加上当前部分企业缺乏对技术改进和调整参数工作的实操经验，很大程度上阻碍了技术的正常使用。此外，该项技术需要高昂的成本投入，从购买设备到施工前后所支付的材料费等会消耗一定的经费，无疑为经济效益差的矿山企业增加了沉重负担。

 

 

　　部分企业在传统的沿空留巷环节中没有将“采煤前巷道开拓”与“回采后留巷”相结合，造成巷道在回采工作完成后遭到了严重破坏，企业需要消耗大量的精力和资金进行维修；巷内支护方案不完善也阻碍了该技术的稳定性，例如，设计不合理、材料选择不当、施工不规范、缺乏有效监测与反馈机制等，导致现场操作人员在掘进过程中随时发生顶板掉落、底板鼓起以及内部变形等情况，严重影响了该技术正常使用，甚至对生产安全造成一定威胁［3］。

 

 

　　受综放采煤技术快速发展的影响，使“工作面采高”难度逐渐加大，需要技术人员通过采动引发的支承压力的叠加效应来提高巷道围岩所承受的应力水平，这种高难度工作为应用沿空留巷技术带来不小的挑战，尽管煤矿企业会结合“数值模拟”与“物理模型试验”等方法对该技术的支撑效果进行检验和研究，但没有在实际工程应用中及时规范综放技术并汲取经验教训，难以推动该项技术的发展和创新。

 

 

 

　　第一，技术人员应使用钻探机和物探机等设备对现场地质进行勘测和巷道设计，以便了解巷道区域内的地质情况；然后，应结合地质结构图、岩层布局图、应力分布图以及巷道所在区域的地貌特征等数据信息，仔细研究分析结果，并掌握巷道四周岩层的应力状态的独特特征、垂直方向的大小及地质构造的延伸方向等相关信息，由此获取巷道位置受力压力、方向和分布规律，再与地质勘探结果相结合，为巷道设计工作的进行提供基础方向。

 

　　第二，规划人员在设计过程中反复确认井下地质条件能否使巷道保持稳定性，在易碎岩层和强应力区域要及时采取加强支护的措施，例如，①内部支撑，使用小变形锚杆锚索支护，提前预备锚杆、树脂药卷和金属网等重要施工工具，在进行巷道安全检测、临时性巷道加固、巷道稳定系统的构建等相关步骤时用来增强内部稳定性，有效减少抵抗顶板和侧帮变形现象的出现；②侧向加固，通过巷旁支护加固巷道结构，利用矿用恒阻支撑液压支柱设备来提高巷内稳定性，减轻巷内支护负担和巷外切顶的影响，该方法可以有效保持巷道原始形状和尺寸，以防出现变形；③外部切缝：在井下地质条件复杂多变的情况下，为确保巷道的稳定性，除了内部支撑和侧向加固外，外部切缝也是一种重要的技术手段。外部切缝主要通过在巷道周围岩层中切割出一定深度和宽度的缝隙，以改变岩层的应力分布和变形特性，从而达到增强巷道稳定性的目的。规划人员在设计外部切缝时，需综合考虑岩层性质、应力分布、巷道尺寸和使用需求等因素。切缝的深度、宽度和间距等参数应经过精确计算，以确保切缝能够有效引导岩层变形，降低巷道周围的应力集中现象。

 

　　第三，技术人员在巷外切顶工作时需谨慎操作，建议使用预裂爆破技术，沿着顶板切缝进行断裂工作，使上覆基本顶岩梁保持牢固的支撑结构，尽量减少顶板回转和下沉情况的发生，最终达到卸压目的。同时将切落顶板分为隔断采空区等多个区域，为工作面下平巷创造条件，帮助煤矿企业充分利用单面单巷采掘模式等。

 

　　第四，巷道设计人员结合开采需求来规定巷道的形状特征（梯形、矩形、半圆、圆形）、尺寸（宽度3~4m，高度2.5~3.5m）、支撑构造（锚喷支护、金属支架、混凝土斗等），结合巷道通风条件、排水情况和实际运输困难程度来确定巷道最终形状，并综合考虑巷内应用时长和现场操作人员的空间需求选择相符的尺度，及通过反复勘查井下地质条件和应力状态使用正确的支护方式；还需根据具体数据参数进行精确计算，如通过核算单位面积上所承受的附加内力、状态图及巷道区域范围内的应力，来确定最终的防护强度和加固结构的大小尺寸，并结合开采过程中的巷内形状变化趋势预留出充足的安全区域空间，从而保证巷道内部的整体稳定性能，避免发生人员伤亡。巷道具体设计措施见表1。

 

 

　　首先，煤矿企业需要严格要求操作人员掌握并了解巷道围岩的力学性质（如容重密度、抗压强度、弹性模量、内聚力与内摩擦角等），并认真观察岩层周围硬度、坚韧程度以及有无变形安全隐患等重要信息，可以将实验模拟和现场数据相结合，从而收集准确性高的力学数据，以便选择更合适的支护材料；其次，仔细评估巷道的实际应力状态，为工作人员提供地质勘探最新信息，并用应力检测工具获得巷内应力分布走向和尺寸等重要信息，常见的检测工具包括传感器、拉力试验机、红外热像仪、X射线衍射仪，以及新拓三维XTDIC系统等；此外，还需要根据围岩的力学行为特征（塑性变形、流动性）和应力分布（呈不均匀性）来选择正确材料以保障巷内安全，通如高抗拉性、延展强和耐腐蚀的支护材料等。尤其在选择顶板补强支护材料时，可以使用钢筋网、喷射混凝土、型钢支架以及恒阻锚索等材料，可以有效预防顶板垮落。此外，在选择聚能爆破材料时（炸药包、雷管、导火线、乳化炸药等）可以根据切顶卸压沿空留巷的具体施工工艺来确定最终爆破位置，并严格遵循国家规定的爆破安全操作规程，保证施工过程不会威胁现场工作人员的生命安全［4］。具体材料选择与安全措施见表2。

 

　

 

 

　　首先，技术人员根据矿山实际地质环境和巷道支护要求完成切顶卸压工作时，可使用恒阻大变形锚索工具来加固巷道结构，并设定支护参数，如锚索尺寸(Φ21.6mm的7股钢绞线锚索）、直径长度（6000~7000mm）、间隔距离以及预紧力等重要参数。同时，现场工作人员在井下操作时影严格按照规定参数范围完成作业，保证所选择的最大变形锚索工具均符合切顶卸压的设计要求，达到加固巷道和预防顶板掉落的目的，最终形成预裂切缝线。

 

　　其次，相关操作人员应及时了解工作面推进方向（井下情况、岩层分布、地下水状况）和巷道真实情况形状有无变化、支护状况是否良好、周围岩体能否维持牢固性等，并确认爆破点的位置和数量，尽量选择高性能的炸药（硝化甘油酯类、纳米炸药）和精确的爆破技术，除定向爆破外，还可以使用不耦合装药和空气间隔装药进行光面爆破作业，使炮孔之间精确贯通，从而形成平滑的切割面，最大程度减小爆破对岩体的破坏范围，帮助现场操作人员一次性完成预裂开缝作业，促使有效切顶卸压线形成，为后续工作提供基础保障。

 

　　再次，及时安装回收型超前主动支护装置，安装前需要井下操作人员反复检查巷道内有无落石或积水等安全隐患，并对该区域进行清理打扫，确保支护可以安置在平坦区域，再将立杆按照指定地点放置，保持垂直且稳固的状态，使用螺栓或注浆固定等专用工具将其连接至地面（连接横杆与立杆），从而形成牢固稳定的框架，再结合钢筋网和连接件等附件进行安装工作，仔细检查支撑巷道顶板是否坚固，避免出现垮落现象。

 

　　最后，选择前沿的填充和注浆技术应对垮落不充分的区域，并保证所选用的材料均使用高性能聚合物填充，且将抗压强度保持在30MPa以上、收缩率控制在0.5%以内、固化时间总长为24h等，在注浆施工过程中需要借助XY-1200高性能注浆泵等设备，其中需要注意及时将注浆压力精准控制在20MPa以内，流量稳定为50l/min，注浆孔直径标准设定为30mm，注浆孔的具体间距和深度均要结合垮落区域的实际情况进行精确确定，科学计算每个孔的注浆量、垮落体积以及注浆材料，这些数据应该控制在50~100L，一旦确认了巷道稳定且支护结构的有效性，现场人员要遵循严格的顺序及时撤除“单体液压支柱”工具，确认非承重支柱和承重支柱是否撤离。

 

 

　　切顶卸压沿空留巷技术的应用为采矿行业注入了新技术的同时，也促进了相关行业的技术革新与产业升级。未来，相信综采工作面切顶卸压沿空留巷技术可以采矿行业发挥出更多的作用和价值，为相关企业稳定健康发展提供坚实基础，也呼吁更多优秀的切顶卸压沿空留巷操作人员积极参与到该技术的创新研发和应用中去，为带动煤炭采矿行业创新发展提供强有力的保障。

 

 

　　［1］季忠伟.8105工作面切顶卸压沿空留巷围岩控制技术研究［J］.河南科技，2023，42（13）：52-57.

 

　　［2］杨超.综采工作面切顶卸压沿空留巷技术的应用［J］.山西冶金，2022，45（1）：102-103+107.

 

　　［3］邓强.煤矿综放综采工作面沿空留巷中切顶卸压技术应用研究［J］.价值工程，2023，42（21）：49-51.

 

　　［4］刘树轮.陶二矿切顶卸压沿空留巷技术研究与应用［J］.煤炭与化工，2022，45（4）：1-4+8.