李文亮

(山西晉煤集團(tuán)晉圣億欣煤業(yè)有限責(zé)任公司)

山西晉煤集團(tuán)晉圣億欣煤業(yè)有限公司位于山西省沁水縣龍港鎮(zhèn)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力0.3 Mt/a，是晉城煤業(yè)集團(tuán)旗下的一個(gè)現(xiàn)代化礦井，目前礦井主采15#煤層，煤層平均厚度2.5 m，采用一次采全高采煤工藝，全部垮落法控制頂板。由于巷道受采動影響礦壓顯現(xiàn)比較明顯，巷道底鼓嚴(yán)重處達(dá)1 m，巷道維護(hù)量大；相鄰工作面布置20 m保護(hù)煤柱，造成煤柱資源損失量大。通過前期的調(diào)研分析，提出采用“切頂卸壓無煤柱開采技術(shù)”，減少巷道掘進(jìn)率，提高煤炭回收率。本項(xiàng)目主要是利用“切頂卸壓自成巷無煤柱開采”技術(shù)，解決存在的問題以及獲得經(jīng)濟(jì)效益。

1 工程概況

XV1306工作面位于晉圣億欣煤業(yè)有限公司十五號煤一盤區(qū)，工作面標(biāo)高：最低948 m ，最高1016 m。工作面傾斜長度為461.007 m(切眼中—設(shè)計(jì)停采線)，工作面走向長度為200.000 m(XV1212巷巷中—XV1213巷巷中)，其中XV1213巷“留巷”作為相鄰工作面XV1307工作面的進(jìn)風(fēng)順槽。XV1213巷整體成單斜構(gòu)造，直接頂為K2灰?guī)r，厚7.6 m；老頂為泥巖和K3灰?guī)r，厚5.7 m。直接底為泥巖，厚12.4 m。XV1213巷采用錨桿+網(wǎng)+錨索聯(lián)合支護(hù)方式，為保證“留巷”的技術(shù)要求，采用“110工法”，對XV1213巷進(jìn)行施工[1]。

2 施工方案

2.1 施工恒阻錨索

對XV1213巷在原有支護(hù)基礎(chǔ)上，施工恒阻錨索進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，每排施工2根φ21.8 mm×12.3 m恒阻錨索，排距為2 m，同時(shí)在切縫側(cè)采用W鋼帶+恒阻錨索進(jìn)行支護(hù)，提高整體支護(hù)性能(圖1)。

圖1 恒阻錨索施工斷面

2.2 頂板預(yù)裂爆破

XV1213巷回采前采用定向爆破技術(shù)，對巷道回采側(cè)頂板距幫200 mm采取定向預(yù)裂爆破，眼距500 mm，縮短順槽側(cè)采空區(qū)頂板懸臂梁的長度，待工作面推進(jìn)后，在礦壓作用下頂板將沿預(yù)裂切縫自動切落形成巷幫，既隔離了采空區(qū)又保持了巷道的完整性，可作為下一個(gè)工作面的順槽使用，實(shí)現(xiàn)了無煤柱開采[2]。

2.3 端頭架后支護(hù)

架后滯后維護(hù)區(qū)(架后0～200 m)支護(hù)具體方法：此段巷道位于工作面架后影響區(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，同時(shí)切落巷幫頂板垮落松散不密實(shí)，受采動動壓影響明顯，頂板壓力較大。因此，在架后0～200 m范圍內(nèi)，采用單體柱+π型梁“一梁四柱”以及單體液壓支柱+U型鋼可縮支架進(jìn)行擋矸支護(hù)，緊跟支架后擋矸[3]。在巷道中間部位布置“一梁四柱”，柱距1 000 mm，排距1 000 mm，在巷道切縫幫沿切縫線布置1排單體液壓支柱，與U型鋼可縮支架交替布置，間距500 mm，單體與U型鋼可縮支架間距為250 mm。U型鋼內(nèi)掛鋼筋網(wǎng)和菱形網(wǎng)防止矸石竄入巷道(圖2)。

圖2 端頭架后支護(hù)(單位：mm)

2.4 成巷穩(wěn)定區(qū)處理

成巷穩(wěn)定區(qū)(架后200 m之后)支護(hù)具體方法：此段巷道，切落成巷幫在頂板不斷下沉過程中逐漸壓實(shí)，受采動影響減小，頂板下沉量及單體支柱的壓力變化很小，該區(qū)域趨于穩(wěn)定狀態(tài)，將臨時(shí)支護(hù)“一梁四柱”變?yōu)椤耙涣喝?，根?jù)礦壓觀測的數(shù)據(jù)分析，再變?yōu)椤耙涣憾?，直至單體支柱全部回撤，只保留U型可縮支架及鋼筋網(wǎng)進(jìn)行擋矸[4]。

2.5 采空區(qū)隔絕處理

為減少采空區(qū)漏風(fēng)，防止煤層自燃，待巷道位移沉降穩(wěn)定后實(shí)行噴漿，徹底與采空區(qū)隔絕。

3 存在的問題及解決方案

3.1 底 鼓

由于受采動的影響，隨著工作面回采的推進(jìn)，一部分壓力要傳遞到底板，可能引起底鼓的現(xiàn)象。采取的措施：一方面提高欲裂切頂?shù)男Ч?，降低壓力的傳遞；另一方面采用人工清理的方法，確保巷道滿足要求。

3.2 超高段的施工

針對局部地段巷道超高，影響試驗(yàn)的進(jìn)度，采取措施：巷道超前補(bǔ)強(qiáng)，節(jié)約時(shí)間，同時(shí)控制回采工作面的進(jìn)度，使留巷維護(hù)達(dá)到預(yù)期效果。

3.3 積 水

所留巷道呈里高外底，便于積水向外疏流，不會對留巷造成影響；至于局部地段的積水，可以采用泵排的方式解決[5]。

3.4 防止煤層自燃

該礦15#煤屬于自燃煤層，為避免采空區(qū)殘留的煤自燃，首先在所留巷道回采側(cè)噴灑阻化劑，再采取風(fēng)筒布隔絕的辦法，減少向采空區(qū)漏風(fēng)，待巷道位移沉降穩(wěn)定后實(shí)行噴漿的辦法，徹底與采空區(qū)隔絕(圖3)。

圖3 采工區(qū)處理施工

4 經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算

回收煤柱。①產(chǎn)出煤量：20×2.5×328×1.51×95%=2.35(萬t)；②按照噸煤售價(jià)450元計(jì)算，可以創(chuàng)造1 038萬元的效益。

掘進(jìn)巷道的成本。掘進(jìn)材料費(fèi)用+人工工資+其他費(fèi)用=850+2 100+1 500=4 450(元)，按4 500元測算?？缮倬?00 m巷道，共節(jié)省405萬元。

工程支出的費(fèi)用。科研單位工程支出費(fèi)+一次性投入材料費(fèi)=608+545.1=1 153.1萬元。

科研費(fèi)用150萬元。

監(jiān)控系統(tǒng)費(fèi)用100萬元。

直接經(jīng)濟(jì)效益。新增煤柱的收入+ 節(jié)省掘進(jìn)成本-工程支出的費(fèi)用-科研費(fèi)用-監(jiān)控系統(tǒng)費(fèi)用+自備材料=1 038+405-1 153.1-150-100+358=397.9(萬元)。

5 結(jié) 語

“110工法”在XV1306工作面的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)無煤柱開采，提高煤炭回收率，消除回采工作面“三角區(qū)”懸頂面積大，解決工作面上隅角瓦斯積聚的問題，有效控制圍巖的變形，特別是改善巷道底鼓的問題，減少巷道復(fù)修次數(shù)，減輕工人勞動強(qiáng)度。同時(shí)，節(jié)約生產(chǎn)成本，創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和明顯的社會效益。