大埋深工作面“110”工法開采技術(shù)研究與應(yīng)用

蘇曉軍 黃 彪 類成楠

（福城礦業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 016200）

與福城煤礦原采用的小煤柱沿空送巷相比較，“110”工法無煤柱開采技術(shù)工序簡單、工程量小，實現(xiàn)了平行作業(yè)，提高了資源回收率，減免了重新打設(shè)一條工作面巷道的施工時間和相關(guān)費用，緩解了公司生產(chǎn)接續(xù)緊張狀況。

1 概況

1906S工作面位于+150水平一采區(qū)南翼，走向長1176m，傾斜長185.7～193.6m，平均傾斜長190.3m。工作面以西為1905S采空區(qū)，以東、以南為九層煤未開采區(qū)域，以北為1906S撤面通道。工作面地面標(biāo)高在1254.2～1258.8m，工作面標(biāo)高+325.7～ +417m，工作面埋深約841～932.3m。

工作面開采煤層為9煤和9上煤，9層煤為礦井主要可采煤層，煤層分為上、下分層，其中分層界限為粉砂巖及泥巖，厚0.1～0.4m，平均厚0.21m。煤層上分層厚度平均1.2m，下分層平均厚度2.35m，總體平均厚度3.55m。工作面內(nèi)煤層傾角21～23.6°，平均傾角22.4°。

煤層偽頂為0.3m的泥巖，直接頂為2.6m厚灰?guī)r，基本頂為12.2m細(xì)沙巖；基本底為粉砂巖，平均厚度6.40m。

2 施工方案及工藝

2.1 切頂留巷工藝流程

恒阻大變形錨索和普通錨索對巷道進(jìn)行加固→施工預(yù)裂鉆孔、裝藥、爆破，形成切頂卸壓預(yù)裂切縫線→割煤→在1#支架尾梁沿切頂線位置掛設(shè)擋矸鋼筋網(wǎng)擋矸→擋矸鋼筋網(wǎng)外側(cè)支設(shè)擋矸U型鋼及走向戧棚支護(hù)→支設(shè)一梁四柱傾向棚進(jìn)行滯后支護(hù)→周期來壓頂板穩(wěn)定后進(jìn)行噴漿。

2.2 前期補強(qiáng)支護(hù)施工方案

1906S工作面運輸巷于工作面回采前已將大變形恒阻錨索及切頂預(yù)裂眼施工完畢。

為保證切頂施工及巷道周期來壓、見方期間巷道的支護(hù)安全，巷道頂板預(yù)裂切頂前，打設(shè)三排錨索補強(qiáng)加固支護(hù)。錨索垂直頂板打設(shè)，共3排：第一排恒阻錨索距巷道上幫500mm，間距1000mm；第二排恒阻錨索位于巷中，間距2000mm；第三排普通錨索距巷道下幫500mm，間距3000mm，支護(hù)如圖1所示。為提高切頂后頂板的完整性及整體支護(hù)強(qiáng)度，第一排恒阻錨索托W鋼帶打設(shè)。

根據(jù)切縫及巷道原支護(hù)參數(shù)，恒阻大變形錨索采用長11300mm×Ф21.8mm錨索，恒阻器：長500mm，外徑79mm，最大允許變形量350mm，恒阻值為30±2t，預(yù)緊力不小于25t，托盤規(guī)格300mm×300mm×16mm，中間擴(kuò)孔直徑100mm±1mm。

圖1 恒阻錨索加強(qiáng)支護(hù)圖

2.3 預(yù)裂切頂施工方案

為降低圍巖松動范圍，保證切頂效果，預(yù)裂切頂采用雙向聚能管爆破。將炸藥按照設(shè)計的裝藥結(jié)構(gòu)裝在聚能管中，炸藥起爆后，切縫按設(shè)定方向張拉斷裂成型。預(yù)裂切縫孔深度為11m，切縫孔沿上肩窩仰角20°打設(shè)，間距為500mm。

特制聚能管：外徑42mm，內(nèi)徑36.5mm，管長1500mm；聚能爆破采用二級煤礦許用水膠炸藥，炸藥規(guī)格：Φ27×400mm/卷、320g/個卷，爆破孔口采用炮泥封孔。

圖2 1906S工作面運輸順槽切縫布置圖

1906S運輸巷切頂留巷施工主要包括三段：第I段為切眼爆破段，長40m，鉆孔位于切眼副幫與頂板夾角處，仰角20°，切縫深度為11m，切縫孔間距為500mm，裝藥結(jié)構(gòu)設(shè)為3-3-3-3-3-2；第Ⅱ段為切頂不留巷段，長80m，此段只進(jìn)行切頂爆破施工，不進(jìn)行錨索補強(qiáng)支護(hù)施工，切縫孔沿上肩窩仰角20°打設(shè)，切縫深度為11m，間距為500mm，裝藥結(jié)構(gòu)設(shè)為2-2-1-2-1；第Ⅲ段為切頂留巷段，長1100m，進(jìn)行切頂爆破和錨索補強(qiáng)施工，切縫孔沿上肩窩仰角20°打設(shè)，切縫深度為11m，間距為500mm，裝藥結(jié)構(gòu)設(shè)為2-2-1-2-1。

2.4 巷道臨時支護(hù)方案

隨工作面推采，巷道受力分布不斷發(fā)生變化，根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，將工作面前后巷道劃分為三個區(qū)段：超前支護(hù)區(qū)（超前0～50m），架后臨時支護(hù)區(qū)（架后0～200m）和成巷穩(wěn)定區(qū)（架后200m之后），根據(jù)各區(qū)段巷道應(yīng)力變化，采取相應(yīng)的支護(hù)措施。

（1）超前支護(hù)區(qū)（超前0～50m）。此段巷道受工作面采動影響，需打設(shè)超前支護(hù)，超前支護(hù)采用單體配走向金屬鉸接頂梁和超前支架聯(lián)合支護(hù)形式，支護(hù)長度為50m。

（2）架后臨時支護(hù)區(qū)（架后0～200m）。此段巷道位于工作面后部影響區(qū)，受動壓影響明顯，巷道頂板及下幫受力大，架后切縫上部頂板下沉垮落，需對架后頂板進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。同時需要支設(shè)擋矸支護(hù)，防止采空區(qū)竄矸堵塞巷道。

巷內(nèi)臨時支護(hù)采用4000mmπ型鋼梁布設(shè)“一梁四柱”，單體迎山角3～4°，第一棵單體與下幫間距500mm，第一棵單體與第二棵單體間距2000mm,第二棵單體與第三棵單體間距1000mm，第三棵單體與第四棵單體間距600mm,單體支護(hù)排距600mm，同時采用單體間距為500mm的π型梁棚在切縫側(cè)沿走向布設(shè)，加強(qiáng)對頂板支護(hù)。

可伸縮36#U型鋼采用上下兩節(jié)可縮性搭接，單根長3.3m（可根據(jù)巷道高度適當(dāng)調(diào)整），采用兩副卡蘭連接，卡蘭上下沿距U型鋼搭接端頭各300mm，中間搭接長度大于1m。36#U型鋼棚埋入底板以下不低于200mm。

（3）成巷穩(wěn)定區(qū)（架后200m之后）。此段巷道受采動影響很小，頂板下沉量及單體受力變化小，該段壓力趨于穩(wěn)定，可將臨時支護(hù)單體撤掉，只保留U型鋼進(jìn)行擋矸。

2.5 施工技術(shù)要求

2.5.1 支設(shè)擋矸U型鋼

擋矸U型鋼提前進(jìn)行焊接加工固定圓鋼（Φ30）、手把等部件，支設(shè)時，焊有固定圓鋼的一節(jié)U型鋼將圓鋼部分插入爆破后的預(yù)裂孔中，底部U型鋼插入機(jī)巷地板預(yù)留槽中進(jìn)行固定，卡蘭使用螺栓進(jìn)行緊固，每組擋矸U型鋼之間采用連板進(jìn)行連接形成整體。

2.5.2 掛設(shè)菱形網(wǎng)、鋼筋網(wǎng)

擋矸U型鋼支設(shè)完畢后，進(jìn)行掛設(shè)擋矸鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)網(wǎng)孔規(guī)格為100×100mm，鋼筋網(wǎng)寬度為1000mm，長度根據(jù)巷道高度變化進(jìn)行裁剪，鋼筋網(wǎng)片短邊沿巷道走向方向進(jìn)行鋪設(shè)并與底板相接，短邊與頂部柔性網(wǎng)連接，搭接長度不得低于100mm，并每隔100mm使用雙股12#及以上鐵絲進(jìn)行綁扎固定。

2.5.3 施工期間補強(qiáng)支護(hù)

若沿空留巷內(nèi)出現(xiàn)頂板明顯下沉?xí)r，采用支設(shè)井字型木垛進(jìn)行補強(qiáng)支護(hù)，支設(shè)密度根據(jù)現(xiàn)場情況而定，木材規(guī)格為200×200×1500mm方木，所打設(shè)木垛垂直于頂?shù)装澹ＷC緊貼頂?shù)装濉?/p>

圖4 成巷穩(wěn)定區(qū)支護(hù)設(shè)計示意圖（架后200m之后）

圖5 成巷穩(wěn)定區(qū)支護(hù)側(cè)視圖（架后200m之后）

2.5.4 工作面采空區(qū)內(nèi)留巷段巷道支護(hù)及擋矸措施

（1）為了防止采空區(qū)頂板受周期來壓及切縫上部頂板下沉摩擦力影響導(dǎo)致頂板垮落巖石沖入巷道，工作面支架后方200m范圍內(nèi)采用可伸縮性U型鋼、單體、鋼筋網(wǎng)、菱形網(wǎng)等聯(lián)合擋矸支護(hù)；支架后方200m以后采用可伸縮性擋矸U型鋼、鋼筋網(wǎng)、菱形網(wǎng)聯(lián)合護(hù)幫擋矸。

（2）鋼筋網(wǎng)與頂板支護(hù)網(wǎng)使用串簧聯(lián)網(wǎng)，每孔必聯(lián)，鋼筋網(wǎng)與頂板支護(hù)網(wǎng)之間重疊不少于100mm。當(dāng)架后臨時支護(hù)達(dá)到200m后，撤除超后單體和走向π型鋼棚，并將撤除的支護(hù)材料運輸至架后支護(hù)段的最前方，重新安裝組成架后臨時支護(hù)。同時，在架后200m范圍外可伸縮性擋矸U型鋼等支護(hù)保持不變。

（3）為防止漏風(fēng)，減少工作面風(fēng)量損失，在鋼筋網(wǎng)與U型鋼之間鋪設(shè)風(fēng)筒布，上下各超出50cm，超出部分固定到頂?shù)装濉ｏL(fēng)筒布搭縫處寬度30cm，固定后進(jìn)行封閉處理。

（4）巷道穩(wěn)定后，對垮落不充分的地方進(jìn)行填充，撤除單體支柱，根據(jù)礦壓觀測情況對巷道進(jìn)行整形、維修等處理，煤層有自燃危險時及時進(jìn)行噴漿封閉。

2.5.5 注意事項

（1）現(xiàn)場施工時要嚴(yán)格按照施工工藝流程及施工方案進(jìn)行作業(yè)。

（2）要確保施工參數(shù)與設(shè)計參數(shù)一致，要確保錨索的預(yù)緊力達(dá)到設(shè)計要求。若遇特殊情況需要局部修改支護(hù)，具體支護(hù)方案經(jīng)設(shè)計研究小組視現(xiàn)場情況討論后方可實施。

（3）要保證錨索、切縫施工質(zhì)量。

（4）及時設(shè)點進(jìn)行長期礦壓觀測，若出現(xiàn)異?，F(xiàn)象及時匯報。

3 結(jié)語

1906S工作面運輸巷切頂卸壓無煤柱自成巷施工期間，嚴(yán)格落實前期補強(qiáng)支護(hù)和后維護(hù)支護(hù)措施，控制了頂板下沉量及巷道變形量，保證了留巷效果，按計劃成功完成留巷1100m。沿空留巷后形成的巷道處于卸壓區(qū)，避免了受煤柱應(yīng)力影響，解除了應(yīng)力疊加威脅，滿足安全生產(chǎn)要求。