李向陽

(山西西山煤電股份有限公司馬蘭礦)

沿空留巷無煤柱開采技術要達成的目標：一個工作面，一條巷道，零個煤柱，即所謂的“110工法”，“110工法”是煤炭開采技術的一次重大變革，它顛覆了傳統(tǒng)以支護為主體控制圍巖的理論體系，通過對巷道頂板關鍵層的切頂達成卸壓的目的，配合以傳統(tǒng)的支護理論體系，達成控制工作面采場圍巖的目的[1-3]?！?10工法”的實施，有效地解決了傳統(tǒng)開采方式資源回收率低、工作面銜接緊張、受動壓巷道極難維護的技術難題，它通過對礦山壓力、頂板巖體構架、巷道已有支護、采場形成的有效空間及巖石碎漲系數(shù)的利用，實現(xiàn)了降低巷道頂板周期來壓強度、降低采空區(qū)瓦斯?jié)舛?、降低煤炭自燃概率的效果?/p>

1 對切頂卸壓沿空留巷無煤柱開采技術的思考

沿空留巷無煤柱開采技術實施過程中需要解決的關鍵技術在于“拉得住、切得開、下得來、護得住”(何滿潮院士《長壁開采切頂短壁梁理論及其110工法——第三次礦業(yè)科學技術變革》)。巷道頂板“拉得住”才能確保工作面向前推進的過程中，巷道形成的已有空間不會受到破壞，為沿空留巷的前提；“切得開”才能保證工作面推進過程中關鍵層順利沿巷道欲裂縫切開；“下得來”才能確保來自巷道頂板周期來壓形成的應力集中區(qū)得以釋放，確保巷道頂板載荷在可控區(qū)間內；“護得住”才能確保沿空留巷形成的巷道得以重復利用。

1.1 “拉得住”問題的關鍵技術

對于拉得住的問題，目前國內較為領先的支護技術是恒阻大變形錨索、高強度錨桿錨索支護技術、耦合支護理論。

(1)使用恒阻大變形錨索，允許巷道頂幫存在較大的變形，而工作面支護不失效，確保巷道在受到較大的壓力沖擊時，支護完好可靠[4-7]。恒阻大變形錨索采用具有特殊結構的恒阻大變形裝置，使錨索支護既具有恒阻條件下抵抗變形的能力，又具有抵抗沖擊變形能量的功能。沿空留巷時，在巷道回采側的原支護中間布置恒阻大變形錨索，可使巷道具有接受大變形而不受損毀的能力。

(2)使用高強度錨桿、錨索支護，可使巷道承受較大載荷，尤其對于沿空留巷巷道，在巷道受到較大動壓時，高強度錨桿、錨索的支護效果得以極大限度的發(fā)揮。

(3)采用耦合支護理論對巷道進行支護設計，巷道的支護強度直接關系到沿空留巷的效果，巷道支護設計時，要采用耦合設計理論，根據(jù)巷道圍巖性質、巷道受力狀況，對巷道兩幫及頂板設置更為合理、更為科學的差異性支護形式，需沿空留巷的巷道，應在巷幫破壞側的頂板、底板采取適當?shù)募訌娭ёo措施，比如使用高強度錨桿、錨索，使用恒阻大變形錨索、打注地腳錨桿等。

1.2 “切得開”與“下得來”問題的關鍵技術

對于“切得開”與“下得來”問題，目前國內較為先進的技術為雙向聚能爆破技術、高壓水力切頂技術[8-10]。

(1)雙向聚能爆破技術是利用預先設置在火藥套筒上的2排聚能孔，形成了火藥套筒的最初弱面，當火藥引爆時，爆破沖擊能量首先通過套筒弱面?zhèn)鞑ィ瑥亩_成沖擊破定向傳播的目的，在裝藥時，將相鄰炮眼火藥套筒的聚能孔呈線性排列，可達到連點成線的目的，從而有效地保證了爆破沿既定方向傳播的目的，確保了爆破效果。

雙向聚能爆破實施過程中，需要通過巷道上覆巖層柱狀圖來確定頂板關鍵層的位置，以此為依據(jù)設計炮眼深度；炮眼密度可根據(jù)關鍵層巖石硬度決定。合理地炮眼布置、正確地使用火藥套筒、科學的裝藥方式將會對切頂卸壓的效果起著關鍵作用。

(2)水力切頂技術是利用高壓水在封閉的孔洞預先弱化頂板巖體，最終實現(xiàn)巖體沿巷道最大軸向應力開裂的目的。使用該方式進行巷道的切頂卸壓，需在預先打設布置在巷道關鍵層的注水孔，并對注水孔進行有效的封閉，然后將高壓水源源不斷的送入注水孔，直至水壓突然降低、巷道頂板巖體破壞為止。高壓水破壞巷道巖體時，裂縫方向為巷道主應力方向，由于巷道主應力方向在工程環(huán)境下無法準確預判，給切頂過程會帶來一定的不確定因素?，F(xiàn)場實施過程中，應該合理布置注水孔的密度及深度，注水過程中最好多個注水孔同時注水，以達成裂縫向預定方向延伸的目的。

1.3 “護得住”問題的關鍵技術

巷道頂板沿預定方向、預定深度成功切開后，只有有效的解決巷旁支護問題，才能確保沿空留巷的最終成果。對于巷旁支護，目前國內較為先進的技術為預制混凝土墻技術、高恒阻支架配合金屬網(wǎng)噴混凝土技術、高水材料密閉墻技術。

(1)使用預制混凝土墻進行巷旁支護時，要將預制的混凝土塊使用水泥漿構筑成墻，然后使用水泥漿對墻體進行封閉，以達成封閉采空區(qū)的目的。預制混凝土墻在實施過程中存在以下弊端：混凝土墻自身可承受的外力較大，但使用混凝土墻時，不能保證混凝土墻及時接頂，從而達不到及時支護的目的；預制混凝土墻的運輸工作量極大，影響沿空留巷封閉速度，制約生產；混凝土墻依靠水泥砂漿連接，連接效果差，受壓時，極易破壞，從而影響沿空留巷效果。

(2)高恒阻支架配合金屬網(wǎng)噴混凝土技術即使用高恒阻支架，在支架的采空區(qū)冒落側，鋪設鋼筋網(wǎng)，并設置檔桿板，待工作面頂板冒落并形成較為穩(wěn)定結構后，回撤高恒阻支架，并對巷道進行噴混凝土封閉，以達成沿空留巷的目的。

(3)使用高水材料進行巷旁支護時，要在工作面以外的集中巷道設置泵站，然后通過泵站將高水材料源源不斷的送入巷道高水模型墻內，以達成巷道支護、封閉采空區(qū)的目的。高水材料具有支護阻力大、增阻速度快、適量可縮的特點，在構筑高水材料墻時，可在墻的四周預先設置鋼筋網(wǎng)，并使用雙向錨桿將鋼筋網(wǎng)連城一體，以達成提高高水墻強度的目的。

2 切頂卸壓沿空留巷無煤柱開采技術在馬蘭礦的應用階段

目前，沿空留巷技術在馬蘭礦尚未實施，但深孔爆破切頂卸壓技術已在馬蘭礦18301輔運巷、18504切眼初步進行了嘗試，但應用效果尚不明顯。沿空留巷無煤柱開采技術在馬蘭礦的展開可以分以下幾個階段進行。

(1)第一階段：繼續(xù)進行切頂卸壓技術嘗試，著力解決馬蘭礦順序開采造成的動壓顯現(xiàn)劇烈問題。

以馬蘭礦南六采區(qū)為例，采區(qū)同時回采02#煤、2#煤，屬典型的煤層群開采采區(qū)，工作面回采順序多為順序開采，開采過程中，相鄰巷道礦壓顯現(xiàn)明顯，可通過繼續(xù)嘗試使用切頂卸壓技術解決巷道礦壓顯現(xiàn)劇烈狀況。嘗試時，技術人員需在爆破技術、炮眼參數(shù)、關鍵層確定等方面多加思考，不斷優(yōu)化爆破方法工藝，以達成卸壓的目的。

(2)第二階段：嘗試當前國內主動支護新技術，著力解決沿空留巷受動壓區(qū)段巷道支護問題。在馬蘭礦受采動影響巷道逐步嘗試使用高強度錨桿錨索支護、球形墊片調心錨桿錨索支護、高恒阻大變形錨索支護、注漿錨桿支護等先進的支護理念，嘗試使用耦合支護理論設計巷道支護參數(shù)，通過對新的巷道支護技術、新的巷道支護理念的逐步嘗試，使得馬蘭礦的支護設計理論體系逐步完善、成熟，并在受動壓巷道的應用中取得顯著成果。

(3)第三階段：初步小范圍嘗試沿空留巷技術，著力解決沿空留巷巷旁支護問題、沿空留巷與采空區(qū)密閉問題。在切頂卸壓及動壓支護問題得到有效解決的條件下，可以在條件較好的巷道小范圍嘗試沿空留巷技術，在此過程中，需要解決巷旁支護問題、采空區(qū)密閉問題、端頭支護問題、勞動組織等一系列問題。

(4)第四階段：展開應用沿空留巷無煤柱開采新技術，在實際使用過程中不斷摸索、不斷形成一套成熟的技術體系。

前三階段的嘗試取得既定成果后，即可開展切頂卸壓沿空留巷無煤柱開采技術的實施嘗試，著力攻破各項技術難題。

3 結 語

綜上所述，沿空留巷無煤柱開采技術實施過程中需要解決的關鍵技術在于“拉得住、切得開、下得來、護得住”， 介紹了對切頂卸壓沿空留巷無煤柱開采技術在應用過程中的這些關鍵核心問題的思考。切頂卸壓無煤柱沿空留巷開采是一個系統(tǒng)化的開采技術理論體系，目前這套理論體系已在我國多個礦井得以實施，有效提高了煤炭資源回收率，降低生產成本，踐行了科技減人的戰(zhàn)略。