趙云德

（遵義市播州區(qū)工業(yè)經(jīng)濟局，貴州 遵義 563000）

無煤柱開采技術是近年來逐漸發(fā)展成熟的煤層切頂卸壓沿空自動成巷無煤柱安全開采技術方法，簡稱“110工法”[1]。這種新的成巷技術方法是2008年何滿潮院士提出“切頂短壁梁”理論，即在采空區(qū)側定向爆破切頂，利用礦山壓力，切斷部分頂板的應力傳遞，進而實現(xiàn)自動成巷和無煤柱開采，并逐步形成切頂卸壓自動成巷完整技術工藝[2]。自動成巷方法通過改變傳統(tǒng)長壁開采一面雙巷模式，采用定向預裂切頂留巷技術，將上一區(qū)段工作面上順槽維護保留，作為下一區(qū)段工作面回采的下順槽，從而實現(xiàn)單面單巷開采。它具有能夠消除鄰近工作面煤體上方應力集中，減小采掘比，提高生產(chǎn)效率，減少資源浪費，避免因煤柱留設造成的煤與瓦斯混合突出、沖擊地壓、煤體自燃等地質災害的發(fā)生，屬于一種安全高效經(jīng)濟科學的開采新技術。

1 工程概況

1.1 工作面位置、周邊關系及開采情況

貴州發(fā)耳煤礦位于貴州省六盤水市，井下布置50105工作面作為“110工法”無煤柱開采技術試驗工作面，50105工作面位于五上采區(qū)南翼中部，走向長643.5m～654.1m，傾向寬115.6m～175m，平均145.3m，平面積111211.7m2。井下上限標高+916.8m，下限標高+868.8m。50105工作面北側為五采區(qū)三條下山，南側為五采區(qū)邊界巷，西側1煤層暫無采掘史，東側為50103老空區(qū)。

1.2 開采技術條件及煤層賦存特征

50105工作面煤層最大埋深209m，最小埋深147m，一般178m，回采煤層為龍?zhí)督M上段的1煤，1煤主要以暗煤為主，亮煤次之，煤層內(nèi)生裂隙發(fā)育，含夾矸1～2層，夾矸平均厚度為0m～0.7m左右，巖性以深灰色泥巖為主。工作面切眼側區(qū)域1煤層夾矸厚度大于0.7m，使1煤層分叉。1煤平均厚度為1.91m，總體為北厚南薄，東厚西薄，經(jīng)計算該采面可采儲量約為32.8萬噸，煤層屬Ⅲ類不易自燃煤層，有爆炸危險性。

2 切頂留巷幾個關鍵技術設計試驗應用

2.1 頂板預裂切縫設計與應用

采用雙向聚能爆破預裂技術，該爆破技術是在對比研究多種聚能爆破和定向爆破方法的基礎上發(fā)展起來的一種新型聚能爆破技術，施工工藝簡單，應用時只需要在預裂線上施工炮孔，采用雙向聚能裝置裝藥，并使聚能方向對應于巖體預裂方向[3]。根據(jù)以往切頂卸壓沿空留巷經(jīng)驗，合理預裂切縫深度（H縫）設計一般大于2.5倍采高，即H縫≥2.5H煤；預裂切縫鉆孔深度與采高、頂板下沉量及底臌量有關，一般通過如下方式確定：

H縫=(H煤-ΔH1-ΔH2)/(k-1)

式中：ΔH1：頂板下沉量，m；

ΔH2：底臌量，m；

k：碎脹系數(shù)，1.3～1.5；

根據(jù)頂板巖性，本設計K為1.4，在不考慮底臌及頂板下沉的情況下，工作面采高H煤為1.91m時，計算得H縫=4.8m。為使細砂巖能夠充分垮落并考慮切縫孔傾斜角度綜合上述計算結果，預裂切縫孔深度設計為H縫=6m。

切縫鉆孔中線距離回采側幫為200mm。鉆孔與鉛垂線夾角為0°，切縫孔間距經(jīng)現(xiàn)場試驗爆破成縫效果確定。現(xiàn)場試驗時，聚能管安裝于爆破孔內(nèi)，每孔3根聚能管，第3根聚能管長1000mm，首先采用2+1+1的裝藥方式，但需要根據(jù)現(xiàn)場試驗情況具體調(diào)整，爆破孔口采用專業(yè)設備用炮泥封孔，封孔長度2.0m。

2.2 恒阻大變形錨索設計與應用

為了保證切頂過程和周期來壓期間巷道的穩(wěn)定性，在對巷道頂板進行預裂切頂前采用恒阻大變形錨索補強加固。因此恒阻錨索長度一般設計為H縫+2.0m，并確保錨固端位于較穩(wěn)定巖層內(nèi)，恒阻錨索設計長度8500m（含300mm外露長度）。恒阻大變形錨索共布設3列，第一列恒阻錨索距切縫鉆孔700mm，排距1000mm，錨索沿垂向布設施工；第二列和第三列距離實體煤側分別為2100mm和3700mm，排1600mm，此列錨索垂直頂板施工。恒阻錨索相鄰錨索之間用W鋼帶連接（平行于巷道走向），恒阻大變形錨索直徑取為21.6mm，長度為8500mm，恒阻器長450mm，直徑85mm，恒阻值為32t，預緊力不小于25t。

W鋼帶長寬280mm，長2.4m擴3個孔，托盤規(guī)格300mm×300mm× 16mm，中間擴孔直徑100mm±1mm。

2.3 巷道臨時支護設計與應用

隨著工作面繼續(xù)推進，當巷道距工作面較遠時，頂板運動基本會趨于穩(wěn)定，此時可將架后臨時支護的設備撤掉，只進行擋矸支護即可。撤臨時支護設備需要根據(jù)現(xiàn)場礦壓監(jiān)測的數(shù)據(jù)，等留巷段頂板穩(wěn)定以后，才可以撤掉臨時支護設備。

結合工作面現(xiàn)有設備條件，采用單體液壓支柱配1.2m鉸接頂梁進行超前支護，運輸巷采用一梁1柱，布置3列，第一列單體距離切縫線200mm，距離回采側400mm，第二列單體距離切縫線1700mm，距離回采側1700mm，其余兩列單體距切縫線間距分別為1500mm和3400mm。幫頂背嚴背實，支護距離不少于30m。超前支護以外巷道的支護出現(xiàn)變形時應及時打點柱支護或加補挑棚處理，棚腿損壞時要及時更換。

2.4 架后臨時支護區(qū)設計與應用（架后0-200m）

此段巷道位于工作面超后影響區(qū)，采空區(qū)頂板巖石垮落會對巷道頂板產(chǎn)生一定的摩擦作用，巷道受動壓影響明顯，頂板壓力較大。因此，在架后0～200m范圍內(nèi)，頂板需要臨時加強支護。結合礦井生產(chǎn)條件，目前架后臨時支護主要采用單體液壓支柱配合花邊梁進行超后支護。

單體配合3.4m長花邊梁沿垂直巷道方向設4列，主要集中布置于巷道切縫側，同時避開恒阻錨索支護。第一列單體距離切縫線200mm，花邊梁沿巷道走向布置，花邊梁對擋矸U型鋼上端起到防側推作用。第二至第四列按一梁3柱，花邊梁垂直于巷道走向方向布置，第二列單體距離切縫線800mm，其余兩列單體距切縫線間距分別為1500mm和3400mm。為了防止采空區(qū)的矸石躥入巷道，同時需要擋矸支護。采用鋼筋網(wǎng)與可伸縮U型鋼進行聯(lián)合擋矸支護?？缮炜sU型鋼排距500mm，第一列單體與擋矸U型鋼間隔布置，與擋矸金屬網(wǎng)間隔130mm。

2.5 成巷穩(wěn)定區(qū)設計與應用（架后200m之后）

圖1 成巷穩(wěn)定區(qū)支護設計（架后200m之后）

此段巷道受采動影響很小，根據(jù)礦壓監(jiān)觀測結果，當頂?shù)装逡平考绊敯邋^索受力趨于穩(wěn)定時可認為該區(qū)域頂板已趨于穩(wěn)定狀態(tài)，可將臨時支護單體撤掉，只保留可伸縮U型鋼進行擋矸支護，如圖1 所示。

2.6 防漏風及防滅火設計與應用

為防止漏風現(xiàn)象發(fā)生，留巷初期（滯后工作面40m）采取在鋼筋網(wǎng)與可縮U型鋼之外掛設風筒布，高度取3.2m，上下各超出30cm，超出部分分別固定到頂?shù)装?，并進行有效封閉。風筒布搭縫處寬度30cm，固定后亦進行封閉處理。

根據(jù)瓦斯監(jiān)測及通風風量監(jiān)測情況，可確定是否進行碎石幫側噴漿處理。根據(jù)以往留巷礦壓觀測統(tǒng)計，架后0～50m區(qū)段為頂板運動劇烈階段。在滯后工作面距離大于50m后，圍巖運動減弱，可進行初次噴漿，厚度40mm，待滯后工作面距離為120m時進行復噴，噴漿厚度為60mm。噴漿材料可選用煤礦用快速密閉噴涂材料或者混凝土噴漿材料?；炷羾姖{時，必須清除墻腳的巖渣、堆積物，并對受噴面進行沖洗，然后調(diào)節(jié)好風水壓和水灰比(水灰比為1：0.5)，先凹后凸的順序噴漿，噴嘴距巖面0.8～1.2m均勻噴射，噴射后以表面光澤，無干斑、下墜為宜。

3 結語

無煤柱開采技術在貴州發(fā)耳煤礦試驗應用，重點考慮煤層賦存條件、地質構造、水文地質、頂板巖性等技術參數(shù)，對于切頂留巷中頂板預裂切縫、恒阻大變形錨索、巷道臨時支護、架后臨時支護區(qū)、成巷穩(wěn)定區(qū)、防漏風及防滅火等幾個重點技術的設計是試驗成功與否的關鍵，通過設計、試驗、應用后，該技術在發(fā)耳煤礦取得了成功，對于“110工法”在貴州煤礦采煤工藝推廣應用具有重大參考意義。