“110工法”無煤柱開采技術(shù)試驗研究
——以貴州發(fā)耳煤礦為例

趙云德

（遵義市播州區(qū)工業(yè)經(jīng)濟(jì)局，貴州 遵義 563000）

無煤柱開采技術(shù)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(shù)方法，簡稱“110工法”[1]。這種新的成巷技術(shù)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(cè)定向爆破切頂，利用礦山壓力，切斷部分頂板的應(yīng)力傳遞，進(jìn)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(shù)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(yù)裂切頂留巷技術(shù)，將上一區(qū)段工作面上順槽維護(hù)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(yīng)力集中，減小采掘比，提高生產(chǎn)效率，減少資源浪費(fèi)，避免因煤柱留設(shè)造成的煤與瓦斯混合突出、沖擊地壓、煤體自燃等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，屬于一種安全高效經(jīng)濟(jì)科學(xué)的開采新技術(shù)。

1 工程概況

1.1 工作面位置、周邊關(guān)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(shù)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?qū)?15.6m～175m，平均145.3m，平面積111211.7m2。井下上限標(biāo)高+916.8m，下限標(biāo)高+868.8m。50105工作面北側(cè)為五采區(qū)三條下山，南側(cè)為五采區(qū)邊界巷，西側(cè)1煤層暫無采掘史，東側(cè)為50103老空區(qū)。

1.2 開采技術(shù)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(cè)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(guān)鍵技術(shù)設(shè)計試驗應(yīng)用

2.1 頂板預(yù)裂切縫設(shè)計與應(yīng)用

采用雙向聚能爆破預(yù)裂技術(shù)，該爆破技術(shù)是在對比研究多種聚能爆破和定向爆破方法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型聚能爆破技術(shù)，施工工藝簡單，應(yīng)用時只需要在預(yù)裂線上施工炮孔，采用雙向聚能裝置裝藥，并使聚能方向?qū)?yīng)于巖體預(yù)裂方向[3]。根據(jù)以往切頂卸壓沿空留巷經(jīng)驗，合理預(yù)裂切縫深度（H縫）設(shè)計一般大于2.5倍采高，即H縫≥2.5H煤；預(yù)裂切縫鉆孔深度與采高、頂板下沉量及底臌量有關(guān)，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(shè)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(xì)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(jié)果，預(yù)裂切縫孔深度設(shè)計為H縫=6m。

切縫鉆孔中線距離回采側(cè)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?，F(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(shè)備用炮泥封孔，封孔長度2.0m。

2.2 恒阻大變形錨索設(shè)計與應(yīng)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(jìn)行預(yù)裂切頂前采用恒阻大變形錨索補(bǔ)強(qiáng)加固。因此恒阻錨索長度一般設(shè)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(shè)計長度8500m（含300mm外露長度）。恒阻大變形錨索共布設(shè)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(shè)施工；第二列和第三列距離實體煤側(cè)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(yù)緊力不小于25t。

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

2.3 巷道臨時支護(hù)設(shè)計與應(yīng)用

隨著工作面繼續(xù)推進(jìn)，當(dāng)巷道距工作面較遠(yuǎn)時，頂板運(yùn)動基本會趨于穩(wěn)定，此時可將架后臨時支護(hù)的設(shè)備撤掉，只進(jìn)行擋矸支護(hù)即可。撤臨時支護(hù)設(shè)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(hù)設(shè)備。

結(jié)合工作面現(xiàn)有設(shè)備條件，采用單體液壓支柱配1.2m鉸接頂梁進(jìn)行超前支護(hù)，運(yùn)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(cè)400mm，第二列單體距離切縫線1700mm，距離回采側(cè)1700mm，其余兩列單體距切縫線間距分別為1500mm和3400mm。幫頂背嚴(yán)背實，支護(hù)距離不少于30m。超前支護(hù)以外巷道的支護(hù)出現(xiàn)變形時應(yīng)及時打點柱支護(hù)或加補(bǔ)挑棚處理，棚腿損壞時要及時更換。

2.4 架后臨時支護(hù)區(qū)設(shè)計與應(yīng)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(qiáng)支護(hù)。結(jié)合礦井生產(chǎn)條件，目前架后臨時支護(hù)主要采用單體液壓支柱配合花邊梁進(jìn)行超后支護(hù)。

單體配合3.4m長花邊梁沿垂直巷道方向設(shè)4列，主要集中布置于巷道切縫側(cè)，同時避開恒阻錨索支護(hù)。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(cè)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(hù)。采用鋼筋網(wǎng)與可伸縮U型鋼進(jìn)行聯(lián)合擋矸支護(hù)?？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(shè)計與應(yīng)用（架后200m之后）

圖1 成巷穩(wěn)定區(qū)支護(hù)設(shè)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(jié)果，當(dāng)頂?shù)装逡平考绊敯邋^索受力趨于穩(wěn)定時可認(rèn)為該區(qū)域頂板已趨于穩(wěn)定狀態(tài)，可將臨時支護(hù)單體撤掉，只保留可伸縮U型鋼進(jìn)行擋矸支護(hù)，如圖1 所示。

2.6 防漏風(fēng)及防滅火設(shè)計與應(yīng)用

為防止漏風(fēng)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(shè)風(fēng)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(jìn)行有效封閉。風(fēng)筒布搭縫處寬度30cm，固定后亦進(jìn)行封閉處理。

根據(jù)瓦斯監(jiān)測及通風(fēng)風(fēng)量監(jiān)測情況，可確定是否進(jìn)行碎石幫側(cè)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(yùn)動劇烈階段。在滯后工作面距離大于50m后，圍巖運(yùn)動減弱，可進(jìn)行初次噴漿，厚度40mm，待滯后工作面距離為120m時進(jìn)行復(fù)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(jìn)行沖洗，然后調(diào)節(jié)好風(fēng)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(jié)語

無煤柱開采技術(shù)在貴州發(fā)耳煤礦試驗應(yīng)用，重點考慮煤層賦存條件、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)、頂板巖性等技術(shù)參數(shù)，對于切頂留巷中頂板預(yù)裂切縫、恒阻大變形錨索、巷道臨時支護(hù)、架后臨時支護(hù)區(qū)、成巷穩(wěn)定區(qū)、防漏風(fēng)及防滅火等幾個重點技術(shù)的設(shè)計是試驗成功與否的關(guān)鍵，通過設(shè)計、試驗、應(yīng)用后，該技術(shù)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(yīng)用具有重大參考意義。