第53卷第2期煤炭工程
COAL E N G IN EER IN G Vol.53, No.2
doi：10. 11799/ce202102003
刘锦荣、姚强岭2，贾渊、马军强2，夏泽2
(1.大同煤矿集团有限责任公司，山西大同037003; 2.中国矿业大学矿业工程学院，江苏徐州221116)
摘要：针对同煤集团塔山矿三盘区沿空掘巷巷道围岩控制困难的问题，同煤集团开发了链臂 锯切割造缝切顶卸压技术。通过现场监测的方法研究了矿用链臂锯切割造缝切顶卸压的应用效果，研究表明：8311工作面回采过程中，随着工作面的推进，2312巷煤柱和煤体深部应力先增大后减 小，最后趋于稳定，且链臂锯切缝试验段煤体围岩应力峰值普遍小于无切顶操作试验段，说明链臂 锯切顶卸压效果良好。研究成果对链臂锯切顶卸压技术的推广及应用具有指导意义。
关键词：坚硬顶板；链臂锯；切顶卸压；围岩应力
中图分类号：TD325 文献标识码：A文章编号：1671-0959(2021)02-0010-04
Chain-saw slitting for roof cutting and pressure releasing
LIU Jin-rong1 , YAO Qiang-ling2, JIA Yuan' , MA Jun-qiang2, XIA Ze2
(1. Datong Coal Mine Group Company, Datong 037003, China；
2. School of Mining Engineering, China University of Mining and Technology, Xuzhou 221116, China)
A b stract：Aiming at the difficulty in surrounding rock control of gob-side entry driving in No. 3 panel of Tashan Coal Mine,
the chain-saw slitting roof cutting pressure releasing technology is developed. Application effect of the technology is analyzed in field monitoring, and the result shows that, as the mining of the 8311 working face advances, the internal stress of coal pillar and coal body in roadway 2312 first rises, then falls and tends to steady finally. The peak stress of the surrounding rock in the chain-saw slit section is generally smaller than that without the roof cutting, which indicates the pressure releasing is favorable.
The result can guide the popularization and application of chain-saw slitting for roof cutting and pressure releasing.
K eyw ords：hard roof；chain-saw；cutting roof and pressure releasing；surrounding rock stress
大同矿区是我国典型的坚硬顶板矿区[1]，目前 正在开采的石炭系煤层顶板坚硬且完整，工作面回 采后基本顶不能及时垮落[2'3]，甚至形成永久性的悬 臂结构，对沿空掘巷的围岩支护十分不利[4’5]，因此有必要在上区段工作面回采过程中沿煤柱对巷道顶 板构造人工的结构弱面，实现切顶卸压，使得工作 面回采过后顶板能够及时垮落采空区，减小由于侧 向悬臂结构施加于巷道围岩的载荷，降低沿空巷道 控制难度。
切顶卸压技术是通过人工干预的方式，有目的 地弱化或者破坏顶板岩层的结构完整性和改变顶板 岩层的强度特性，使得顶板岩层的强度大幅度下降，达到切断坚硬顶板、改变巷道围岩受力状态的目的。
何满潮等对无煤柱自成巷切顶爆破关键参数设 计方法进行了总结和优化，提出了无煤柱开采切顶 卸压自成巷技术并且提出了切顶爆破设计的系统化 流程及方法[M] ;Chen研究了深孔爆破技术控制坚 硬顶板的卸压机理;8]；张自政等通过数值计算手段 研究了浅孔爆破有效应力的演化和传播规律，并结 合理论计算推导确定浅孔爆破的相关参数[9]；陈勇 等分析了导向孔在浅孔爆破卸压过程中的作用机理，探究了爆破参数与爆破效果的之间的关系[1°]；张农 等提出了沿空留巷顶板深孔爆破预裂卸压机理["]；张书军h2]等针对厚硬顶板工作面高强度来压致灾事 故频发等问题，通过预裂爆破切顶措施降低工作面 来压强度，黄炳香等提出了水力压裂技术弱化控制
收稿日期：2020-05-10
作者简介：刘锦荣（1971—），男，山西大同人，硕士，教授级高级工程师，现主要从事煤炭开采技术方面的研究和管理工作，E-m ail: 1462371647@qq。
引用格式：刘锦荣，姚强岭，贾渊，等.链臂锯切割造缝切顶卸压技术及应用[•)].煤炭工程，2021, 53(2): 10-13. 10
国庆手抄报内容资料202丨年第2期煤炭工程设计技术
坚硬顶板的理论和控制沿空巷道强矿压显现等方面 的成套工艺技术体系[13H6]；于斌等通过开展水力压 裂弱化煤层上覆坚硬顶板，解决了沿空巷道强矿压 显现的问题[17]；吴拥政研究了通过定向水力压裂技 术弱化坚硬顶板、改善围岩应力以解决沿空巷道的 强矿压问题h8]，刘爱卿[19]、杨健1M]针对高应力巷 道维护困难问题，通过实施水力压裂切顶卸压，改 善了巷道围岩所处的应力环境状态，降低了巷道围 岩控制的难度，在现场取得了良好的应用效果。
由于聚能爆破切顶卸压技术和水力压裂切顶卸压 技术存在施丁.T艺复杂、进度慢和安全性等问题，根据 同煤集团开发的链臂锯切割造缝切顶卸压技术，研究了 链臂锯切断顶板后巷道围岩应力的时空演化规律，对链 臂锯切顶卸压技术的推广应用具有指导意义。
王超非诚勿扰1工程概况
8311工作面为塔山煤矿三盘区下阶段的主采工 作面，为保证正常采掘接续和提高煤炭资源采出率, 在8311工作面回采结束前完成8312工作面2312巷 的掘进工程，8311工作面与8312工作面间仅留设 6.0m小煤柱，采掘工程布置方案如图1所示。
616m
8312
〖工作面
跑男中占baby便宜的图2312巷煤柱2311 巷1
228m15m6m(5m228m
(b)采掘工程剖面
谢依霖宣布结婚图1采掘工程布置方案
塔山三盘区8311工作面主采山4#煤层，其地表 最大标高为1526m，最小标高为1415m,r.作面标 高993~
1010m。8311工作面顶板中存在坚硬、完整 的厚岩层，山4#煤层顶板情况如图2所示。
8311工作面顶板覆岩中存在坚硬、完整的厚岩 层，8311 丁.作面回采过程中，8311工作面端头易形 成了大面积的沿采空区的侧向悬顶，侧向悬顶给沿
位置柱状图层厚/m岩石名称
基本项
—....—" 4.4泥岩
一 ---
6.5中粒砂岩
— — —
2.4泥岩
一
— —
1.6中粒砂岩
直接顶
■■...•---
一---一--- 2.2砂质泥岩
■■■■ 3.5细砂岩
煤层 3.54煤
=----=---
底板
T~~ 3.3贿
....■■■
砂质泥岩
-
---T,：— 6.9
图2 8311工作面岩层柱状
空巷道的巷内支护施加了较大的附加载荷。2312巷 靠近采空区侧顶板出现了较大的顶板下沉，导致 2312巷覆岩中直接顶与基本顶之间有较大的离层现 象，甚至形成永久性的悬臂式结构，大大增加了煤 柱的载荷，极有可能造成2312巷变形急剧增加，进 而影响其围岩稳定性；并且，塔山煤矿有限公司三 盘区坚硬顶板互层密集，互层厚度变化较大，对切 顶卸压造成极大的不利影响，常规切顶方式效果较 差，切缝贯通率较低，切面凹凸不平，导致沿空侧 侧向悬顶给巷内顶板产生较大的附加作用力。
2矿用链臂锯连续切割机主要技术参数链臂锯切割造缝切顶卸压技术是同煤集团基于 链臂锯切缝无煤柱切顶卸压留巷的技术理念开发的 一项利用链臂锯体在激光对刀、刀台侧移等机构辅 助下实现连续、精准、弱扰动、高效率的回采巷道 切顶技术。
矿用链臂锯连续切割机是链臂锯切割造缝切顶 卸压技术的核心装备，其主要组成包括平台、切割 部、行走部、润滑系统、液压系统、电控系统、轨 道、起吊装置等，外观如图3所示。矿用链臂锯连 续切割机具有以下优点：①无需注水，可干切；② 采用低速刨削形式，高效刀具润滑，不易产生火花;
③无需预先钻孔省去辅助时间；④切割面平整完好，成形效果好；⑤可连续切割，效率高、劳动强度低，
1
1
50 100 150 200 250 300
距采面距离/m (a )链臂据切顶卸压段
8312工作面
图5钻孔应力计布置
.测站位置
8311工作面
-50 0 50 100 150 200
距采面距离/m (b )无切顶试验段
图6
链臂锯切顶卸压煤柱钻孔应力 随工作面推进变化曲线
3.2 2312巷煤柱侧应力变化规律
通过对比分析链臂锯切顶卸压段和无切顶卸压 段的煤柱深部应力变化曲线，可知：①随着工作面 的推进，2312巷煤柱深部应力表现为先增大后减 小，最后趋于稳定的规律；②巷道掘进后直至测站 进人工作面回采超前区域前，链臂锯切顶卸压对顶
板围岩结构与力学性能影响较小，切缝后顶板应力 状态不发生明显改变，2312巷煤柱深部应力较为稳 定；工作面推进至测站前40m 处，2312巷煤柱深部 应力开始上升；工作面推进至测站附近，煤柱深部 应力达到峰值并开始下降；8311工作面推过测站 75〜100m 后，测站附近8311工作面采空区煤柱深部 压力与煤体深部压力达到稳定状态。3.3 2312巷实体煤侧应力变化规律
2312巷煤体深部应力随T 作面推进变化如图7 所示。通过对比分析链臂锯切顶卸压段和无切顶卸 压段的煤体深部应力变化曲线，可知：①随着工作 面的推进，2312巷煤体深部应力表现出先增大后趋
40m
h r
50m
50m 50m
220m
操作省力；⑥截齿采用圆形聚晶金刚石，硬度是传 统材料的10倍以上
，一般使用寿命不小于l 〇〇〇h ;
三级 电影⑦采用内、外喷雾系统，有效防尘；⑧采用激光点、 刀台侧移动和小角度偏摆机构可精准高效对刀。链 臂锯连续切割机具体技术参数见表1。
表1
矿用链臂锯连续切割机技术参数表
项目参数
项目
参数
型号KLJ 7000
链臂切割速度/(° • 1T 1)
0〜90总体长度/m 11.2适应坡度
±120总体宽度/t n 1.82截割硬度/M P a ^7总体高度/m
2.86
总功率/k W 75机重/t 约27
标准切割深度/m 7.0地隙/m m 288实际切割深度/m 6.45链臂摆角/(°)
180
掘进时综合噪声值d B /A
85
3链臂锯切顶卸压现场应用及分析
3.1链臂锯切顶卸压现场应用
根据上述链臂锯切割造缝切顶卸压技术方案于 2018年12月25日至2019年2月7日进行现场工业 性试验，
在切割顶板过程中，链臂锯充分发挥其技 术优势，切缝率为100%，且切割面平整。链臂锯切 顶有两个现场工业性试验段，距离8311开切眼为 5m 和220m ，第一试验段长14m ，第二试验段为外 错相连长13m ，分布位置如图4所示。
616m 590m
8310工作面
(未掘）
8311工作面
2312 巷’
228m
,8312工作面
,5312巷
741m
|链臂锯切顶卸压实验段
图4链臂锯切顶现场工业性试验范围
通过在2312巷煤体和煤柱内设置钻孔应力传感 器监测支承压力和煤体应力演化特征，钻孔应力计 布置如图5所示，得到采动影响下工作面侧向支承 压力的分布特征及采动扰动影响范围。2312巷煤柱 侧深部应力随工作面推进变化如图6所示。12
、311 巷
228m
248m
/2311 巷
-►
■•14m
13m t
■
7
设计技术煤炭工程
2021年第2期
测站
V I
测
站
V
测站
I V
测站
m
测站
n
测
站
I
50
100 150 200 250 300
距采面距离/m
(a)l 号测站(链臂锯切顶卸压）
煤体12m
-50
50
丨 00
150 200
距采面距离/m
(b)3号测站(无切顶试验段）
图7链臂锯切顶卸压煤体钻孔应力随工作面推进变化曲线
4结论
1)
在工业性试验过程中，链臂锯切割造缝充分
发挥其成缝效果较好的优点，在锚杆支护范围内成 缝率可达100%。
2)
回采过程中，由于煤炭资源采出，顶板结构 发生变化，顶板载荷向临近工作面转移，导致煤体 和煤柱帮围岩应力上升，而链臂锯切缝试验段顶板 应力传递被人为切断，导致链臂锯切缝试验段煤柱 围岩应力增幅普遍小于无切顶操作试验段，说明链 臂锯切顶卸压的卸压效果良好。
3)
工作面回采后，顶板结构发生变化，由于链
臂锯切割造缝成缝率较高，煤柱侧顶板提供给采空
于稳定的表现形式；②巷道掘进后直至测站进人工 作面回采超前区域前，链臂锯切缝后顶板应力状态 不发生明显改变，2312巷煤体深部应力较为稳定; 工作面推进至测站前40m 处，2312巷煤体深部应力 开始上升，增幅小于煤柱深部应力；工作面推进至 测站附近，煤体深部应力进一步增大；8311工作面 推过测站75~ 100m 后，煤柱深部压力与煤体深部压 力达到稳定状态；③链臂锯切缝试验段煤体围岩
应 力峰值普遍小于无切顶操作试验段。无切顶操作试 验段煤壁内部15m 处钻孔应力增量达6. OMPa ，链臂 锅切顶卸压试验段煤壁内部15m 处钻孔应力增量分 别为2. 8MPa ，明显低于无切顶试验段。
区顶板支承力较小。
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(责任编辑苏越）
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