＊李 斌

（華晉焦煤有限責(zé)任公司沙曲二號煤礦 山西 033000）

華晉焦煤沙曲二號煤礦屬于煤與瓦斯突出礦井，為了更加有效地治理瓦斯和提高資源回采率，礦井于2008年從淮南礦業(yè)集團(tuán)引進(jìn)了沿空留巷無煤柱開采技術(shù)。經(jīng)過十余年的技術(shù)積累，沙曲二號煤礦的沿空留巷工藝從初始的砌筑混凝土預(yù)制塊到機(jī)械模斗充填混凝土，發(fā)展到后續(xù)的柔模袋支模、泵送混凝土充填留巷技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了從薄煤層到厚煤層的成功應(yīng)用，取得了一定的成果。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，礦井每年留巷長度約為2000m，投入成本約4600余萬元，復(fù)用時(shí)的二次維護(hù)費(fèi)用投入達(dá)560余萬元。針對以上問題，華晉焦煤沙曲二號煤礦在3402智能化綜采工作面引進(jìn)無煤柱自成巷“110工法”技術(shù)。

1.“110工法”簡介

“110工法”，即“1個(gè)工作面、1條巷道、0個(gè)煤柱”，實(shí)現(xiàn)自動成巷，無煤柱開采。“110工法”變被動“支”為主動“切”與“支”相結(jié)合，使礦山壓力變害為利。

2.工作面概況

（1）工作面位置。3402工作面是四采區(qū)的一個(gè)重要煤工作面，位于3#煤層中。它的東面與四采區(qū)集中巷道相鄰，南面和西面則是尚未開掘的區(qū)域，而北面則是4401采空區(qū)。從地面的高度來看，該工作面的地面標(biāo)高在+857～+950m之間，而工作面的標(biāo)高則在+390～+460m之間。這個(gè)工作面的可采傾向長度是600m，而走向長度則是200m。這樣的地理和地質(zhì)條件決定了該工作面的開采方式和難度。

（2）工作面煤層賦存及頂?shù)装鍘r性。3402工作面開采3#煤層，3#煤層厚度0.82～0.95m，平均厚度0.87m；煤層傾角3°～6°，平均傾角5°；工作面直接頂為3.48m厚細(xì)粒砂巖，老頂為3.27m厚粒砂巖；直接底為2.1m厚中粒砂巖，老底為3.6m厚砂質(zhì)泥巖；煤層普氏硬度系數(shù)為1，直接頂、直接底普氏硬度系數(shù)為4。3#煤層為Ⅱ類自燃煤層，最短自然發(fā)火期為90天；煤塵具有爆炸性；地溫、地壓正常。

（3）工作面回采工藝。3402綜采工作面為智能化開采工作面，采用傾斜長壁后退式一次采全高綜合機(jī)械化采煤方法，全部垮落法管理采空區(qū)頂板；3402膠帶巷實(shí)施切頂卸壓沿空留巷，實(shí)現(xiàn)無煤柱開采技術(shù)。

（4）工作面通風(fēng)系統(tǒng)。3402綜采工作面采用兩進(jìn)一回沿空留巷“Y”型通風(fēng)方式，3402軌道巷作為主要進(jìn)風(fēng)巷，進(jìn)風(fēng)量為792m3/min；3402膠帶巷作為輔助進(jìn)風(fēng)巷，進(jìn)風(fēng)量為467m3/min；3402膠帶巷采用切頂卸壓沿空留巷技術(shù)，切頂留巷作為工作面回風(fēng)巷，總回風(fēng)量為1259m3/min。目前，工作面瓦斯體積分?jǐn)?shù)為0.28%，擋矸支護(hù)處瓦斯體積分?jǐn)?shù)為0.34%，回風(fēng)瓦斯體積分?jǐn)?shù)為0.36%。風(fēng)排瓦斯涌出量為4.53m3/min，抽采量為11.54m3/min，絕對瓦斯涌出量為16.07m3/min。

3.切頂卸壓施工工藝

恒阻錨索加強(qiáng)支護(hù)→頂板預(yù)裂爆破鉆孔施工→頂板預(yù)裂爆破施工→切頂留巷擋矸→采空區(qū)封堵→留巷臨時(shí)支護(hù)。

(1)恒阻錨索加強(qiáng)支護(hù)

為了確保在切頂過程和周期來壓期間巷道的穩(wěn)定性，采取預(yù)裂爆破和恒阻大變形錨索補(bǔ)強(qiáng)加固的策略。在進(jìn)行頂板預(yù)裂爆破之前，使用恒阻大變形錨索對巷道進(jìn)行加固。沿著錨索鉆孔導(dǎo)向?qū)︺@孔表面進(jìn)行擴(kuò)孔，擴(kuò)孔深度達(dá)到500mm。這樣做的目的是為了便于安裝恒阻器，從而更好地保持巷道的穩(wěn)定性和安全性。

補(bǔ)強(qiáng)加固：恒阻大變形錨索垂直于頂板方向順巷布置。3402膠帶巷共布設(shè)2排恒阻大變形錨索，第一排恒阻錨索距回采側(cè)煤幫500mm，間距900mm；第二排恒阻錨索布置巷道中心線，間距1800mm，相鄰錨索之間用2000mm×100mm的12#兩眼圓鋼鋼帶連接（平行于巷道）。

(2)頂板預(yù)裂爆破鉆孔施工

從工作面留巷段切頂卸壓施工起始位置，切頂孔采用ZDY1300LPS型煤礦用履帶式全液壓坑道鉆機(jī)或DCA-45型自動成巷超前切縫鉆機(jī)施工。

(3)頂板預(yù)裂爆破施工

圖1 第一次爆破方案圖

方案一：1#、3#孔，裝藥結(jié)構(gòu)：3+2+1。

方案二：4#、6#孔，裝藥結(jié)構(gòu)：3+1+1。

方案三：7#孔，裝藥結(jié)構(gòu)：2+1+0。

方案四：8#、10#孔，裝藥結(jié)構(gòu)：2+1+1。

方案五：12#～15#孔，裝藥結(jié)構(gòu)：2+1+0。

方案六：16#～19#孔，裝藥結(jié)構(gòu)：2+1+1。

方案七：21#～24#孔，裝藥結(jié)構(gòu)：2+1+0。

方案八：25#～28#孔，裝藥結(jié)構(gòu)：2+1+0。

方案九：29#～32#孔，裝藥結(jié)構(gòu)：2+1+1。

方案十：34#～37#孔，裝藥結(jié)構(gòu)：2+2+0。

方案十一：38#～41#孔，裝藥結(jié)構(gòu)：3+1+0。

圖2 第二次爆破方案圖

根據(jù)爆破試驗(yàn)及窺視分析，裝藥量確定為3卷；裝藥結(jié)構(gòu)：2+1+0。爆破孔口采用炮泥封孔，封孔長度2.0m。3402工作面回采期間，頂板預(yù)裂切縫爆破超前工作面不小于50m。

預(yù)裂爆破施工工藝。爆破流程：檢查安全（敲幫問頂）→檢查切頂孔→聚能管裝藥→安裝聚能管→黃泥封孔→連線→爆破。作業(yè)順序：3402膠帶巷按由開切眼（A）→3402膠帶巷口（B）的順序進(jìn)行施工。起爆方式：采用串聯(lián)方式一次起爆。

(4)切頂留巷擋矸

隨著支架的拉移或周期來壓，防止頂板垮落的巖石涌入巷道，留巷側(cè)采用可伸縮36U型鋼和鋼筋網(wǎng)、風(fēng)筒布進(jìn)行聯(lián)合擋矸。

檔矸工藝：在1#支架爆破切縫側(cè)超前切頂線0.6m處進(jìn)行擋矸支護(hù)，先鋪設(shè)一層鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)頂端與頂網(wǎng)連接，底端與底板接觸。鋼筋網(wǎng)與鋼筋網(wǎng)之間搭接100mm，并用14#鐵絲每隔300mm捆綁一次，扭結(jié)不小于3圈。然后緊貼鋼筋網(wǎng)鋪設(shè)一層風(fēng)筒布，風(fēng)筒布尺寸為3600mm×2000mm，風(fēng)筒布從頂板處向巷道側(cè)折出600mm，折出部分與頂板鐵絲網(wǎng)用14#鐵絲連接，下邊從底板處向巷道側(cè)折出500mm，將折出部分折疊與36U型鋼埋入底板，風(fēng)筒布搭接寬度為1000mm。

掛好鋼筋網(wǎng)和風(fēng)筒布后，在沿頂板爆破切縫處采用可縮性36U型鋼加強(qiáng)擋矸支護(hù)，36U型鋼的平面?zhèn)妊厍锌p孔按照間距600mm布置。36U型鋼采用上下兩節(jié)卡纜連接，卡纜上下距36U型鋼搭接端各100mm，搭接長度不小于1m，上面一節(jié)36U型鋼頂端中心焊接φ22×350mm的螺紋鋼，焊接150mm，外露200mm。上下固定36U型鋼棚：先固定下面一節(jié)，底端采用挖柱窩埋入底板，埋入底板不小于300mm，底端使用木楔將其緊固。上面一節(jié)將外露螺紋鋼插入頂板固定孔（距切縫孔140mm靠巷道側(cè)打孔）內(nèi)，插入量不小于200mm，上下兩節(jié)36U型鋼搭接處，上面一節(jié)靠留巷側(cè)，下面一節(jié)靠落山側(cè)。橫向固定36U型鋼：相鄰兩架36U型鋼棚采用拉桿固定，拉桿兩端采用螺栓分別固定在相鄰兩個(gè)卡纜上。

(5)巷道支護(hù)

①超前支護(hù)區(qū)（煤壁前方0～30m）。這段巷道位于工作面的超前采動影響區(qū)域內(nèi)，因此需要進(jìn)行超前加強(qiáng)支護(hù)。3402膠帶巷超前維護(hù)，從工作面切眼開始采用三根DW31.5-200/100單體液壓支柱配合4m“π”型梁進(jìn)行支護(hù)，形成“一梁三柱”支護(hù)形式。即在3402膠帶巷距采幫側(cè)0.4m處支設(shè)一根單體液壓支柱，在距煤柱幫側(cè)0.2m處支設(shè)一根單體液壓支柱，中間一排單體液壓支柱在距采幫側(cè)1m處支設(shè)（中間一排支柱緊跟破碎機(jī)支設(shè)），排距為0.9m，兩邊兩排支護(hù)長度不少于30m。后期超前支護(hù)引進(jìn)超前液壓支架支護(hù)。

②留巷臨時(shí)支護(hù)區(qū)（架后0～200m）。留巷臨時(shí)支護(hù)主要采用DW31.5-200/100單體液壓支柱配合4m“π”型梁進(jìn)行支護(hù)，排距為900mm，形成“一梁四柱”支護(hù)形式，沿空留巷架后臨時(shí)支護(hù)剖面圖。后期留巷滯后支護(hù)引進(jìn)門式支架支護(hù)，并配備無軌膠輪車運(yùn)輸支架。

③成巷穩(wěn)定區(qū)（架后200m之后）。根據(jù)礦壓監(jiān)測分析結(jié)果和現(xiàn)場實(shí)際情況，此段巷道受采動影響較小，當(dāng)留巷頂、底板及兩幫變形量每月大于10mm/m時(shí)，繼續(xù)采用“一梁四柱”支護(hù)形式，維護(hù)頂板。后期利用門式支架支護(hù)后區(qū)段、逐架交替進(jìn)行支護(hù)與前移及回撤。

4.留巷礦壓監(jiān)測及效果分析

（1）巷道表面位移監(jiān)測分析。巷道圍巖變形觀測采用十字觀測法，初采期間在留巷內(nèi)每隔20m設(shè)置一個(gè)觀測點(diǎn)，正?；夭善陂g每隔50m設(shè)置一個(gè)觀測點(diǎn)。根據(jù)留巷50m內(nèi)的測點(diǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，兩幫相對移近量在0～10mm，平均4mm，主要為留巷16～32m段煤柱幫有8～10mm移近量。頂?shù)装逑鄬σ平吭?～216mm，頂板下沉量監(jiān)測為0～6mm，平均下沉量為4mm；底鼓量在0～210mm，平均底鼓量為90mm，主要為留巷16～32m段巷道底板有80～210mm底鼓量，分析主要受初采初放動壓影響。留巷礦壓顯現(xiàn)主要表現(xiàn)為底鼓，隨著回采的推進(jìn)，預(yù)計(jì)留巷底鼓量將進(jìn)一步加大。

（2）巷道頂板離層監(jiān)測。巷道頂板離層監(jiān)測采用頂板離層儀，留巷內(nèi)每隔20m安設(shè)一組。根據(jù)頂板離層監(jiān)測數(shù)據(jù)，1#頂板離層量淺部基點(diǎn)最大變化值為3mm，深部基點(diǎn)變化值為1mm；2#頂板離層量淺部基點(diǎn)最大變化值為4mm，深部基點(diǎn)變化值為1mm；3#頂板離層量淺部基點(diǎn)最大變化值為7mm，深部基點(diǎn)變化值為4mm；4#頂板離層量淺部基點(diǎn)最大變化值為8mm，深部基點(diǎn)最大變化值為9mm；尤其4#測點(diǎn)正處于工作面機(jī)頭1#支架處。

5.經(jīng)濟(jì)社會效益

采用“110工法”取消了區(qū)段煤柱，礦井每年可多回采3#工作面煤柱儲量5.1萬噸，多回采4#工作面煤柱儲量12.4萬噸，總計(jì)多回采煤炭區(qū)段煤柱資源17.5萬噸，折算精煤11.4萬噸，按照目前精煤銷售價(jià)格1450元/噸計(jì)算，價(jià)值近1.65億元。對促進(jìn)煤炭開采技術(shù)升級、提高企業(yè)安全高效發(fā)展具有深遠(yuǎn)意義。

6.結(jié)論

（1）對于類似條件下的薄煤層開采工作面，切縫孔深度6.0m，切縫面與鉛垂線夾角為15°，切縫孔間距500mm，裝藥結(jié)構(gòu)2+1+0，可實(shí)現(xiàn)較好的切頂卸壓效果。（2）留巷內(nèi)架后200m巷道礦壓顯現(xiàn)已穩(wěn)定，可對臨時(shí)支護(hù)單體“π”型梁進(jìn)行回撤復(fù)用，實(shí)現(xiàn)高效生產(chǎn)。（3）留巷擋矸支護(hù)根據(jù)巷道礦壓監(jiān)測分析，擋矸支護(hù)間距可增加至0.8m，以減少材料投入，并降低留巷支護(hù)工程量及職工勞動強(qiáng)度，復(fù)用巷道時(shí)，擋矸U型鋼可全部回收復(fù)用。（4）沿空留巷構(gòu)造影響區(qū)礦壓顯現(xiàn)主要表現(xiàn)為巷道底鼓，分析與預(yù)裂爆破后聚能流的集中張拉應(yīng)力有關(guān)，與形成的預(yù)裂面有關(guān)，直接影響切頂效果。