安山煤礦“110 工法”采煤工藝設(shè)計與應(yīng)用

羅南洪

（陜西涌鑫礦業(yè)有限責(zé)任公司安山煤礦，陜西 榆林 719407）

1 工作面概況

安山煤礦位于府谷縣廟溝門鎮(zhèn)?，F(xiàn)回采125220工作面，切眼長度270.5 m，順槽走向長度930 m，實際采長為864 m，煤層厚度為1.5～2.0 m，通過鉆孔資料及順槽揭露情況，平均厚度1.7 m。125220膠運順槽為切頂卸壓無煤柱自成巷試驗巷道[1-3]，設(shè)計留巷長度871 m。留巷巷道直接頂為泥質(zhì)粉砂巖、中粒砂巖，平均厚度4.8 m；基本頂為中粒砂巖、泥質(zhì)粉砂巖及風(fēng)化基巖，厚度為0.65～13.1 m，平均厚度為6.88 m。

2 “110 工法”關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計方案

2.1 巷道支護(hù)設(shè)計

留巷巷道設(shè)計寬5.4 m，高2.9 m，錨網(wǎng)索梁聯(lián)合支護(hù)。頂部錨桿采用Φ20 mm×2200 mm 左旋螺紋鋼錨桿，間排距1100 mm×1000 mm；幫部采用Φ20 mm×1800 mm 玻璃鋼錨桿，間排距為1000 mm×1500 mm。每根錨桿使用一支CK2360樹脂錨固劑。一次開采側(cè)為Ф21.6 mm×8000 mm的鋼絞線錨索，錨索排距1000 mm，每根錨索使用三支CK2360 樹脂錨固劑，一次開采側(cè)外加BHW-3400-250 型鋼帶聯(lián)合支護(hù)；二次開采側(cè)為Ф17.8 mm×6000 mm 的鋼絞線錨索，錨索間、排距1300 mm×2000 mm，呈矩形布置，使用兩支CK2360 樹脂錨固劑。錨桿錨固力不小于50 kN，錨索錨固力不低于200 kN，預(yù)緊力不低于100 kN。

2.2 頂板預(yù)裂切縫設(shè)計

為使垮落的頂板矸石完全充滿采空區(qū)，切頂高度可按公式（1）計算：

式中：HF為切頂高度，m；HC為采高，取2 m；ΔH1為頂板下沉量，取0.1 m；ΔH2為底鼓量，取0.1 m；K為碎脹系數(shù)，取1.23。經(jīng)計算可得HF=7.8 m，取切頂高度8 m。

125220 膠運順槽沿切頂線間隔600 mm，距幫100 mm 布置切縫孔，角度70°，孔深為8000 mm。采用孔底不耦合間隔裝藥，裝藥結(jié)構(gòu)為“4-3-3-3-2”，采用雙向聚能定向斷裂爆破。炮孔長度為8 m，切縫管裝藥總長度5 m，炮泥封孔長度3 m。炸藥選用煤礦許用乳化炸藥，單孔裝藥量3.0 kg。切縫參數(shù)、炮孔布置及裝藥結(jié)構(gòu)如圖1～圖3。

圖1 膠運順槽頂板預(yù)裂切縫參數(shù)設(shè)計圖（mm）

圖2 炮孔布置圖（mm）

圖3 聚能藥包定向斷裂炮孔裝藥結(jié)構(gòu)（m）

2.3 留巷支護(hù)設(shè)計

2.3.1 后巷臨時支護(hù)區(qū)設(shè)計

在工作面支架后巷臨時支護(hù)區(qū)0～200 m 范圍內(nèi)采用長為4.2 mπ 型鋼梁配合ZQ4000/20.6/45 型切頂護(hù)幫支架進(jìn)行動壓臨時加強(qiáng)支護(hù)?？坎煽諈^(qū)側(cè)為切頂護(hù)幫支架，靠煤壁側(cè)為DW31.5-200/100x 單體液壓支柱，棚梁為π 型鋼梁，棚距為1200 mm，使用單體時一梁兩柱，頂板穩(wěn)定后根據(jù)現(xiàn)場情況合理回撤切頂護(hù)幫支架。

2.3.2 后巷穩(wěn)定區(qū)支護(hù)設(shè)計

后巷穩(wěn)定區(qū)支護(hù)設(shè)計主要考慮懸露直接頂作用在巷旁支護(hù)物上的力，按直接頂懸露5.3 m 考慮，初步設(shè)計支柱間距0.6 m，每根支柱的工作阻力按250 kN 考慮，U 型鋼支護(hù)力按100 kN，支護(hù)力按150 kN 計算，在走向1.0 m 范圍內(nèi)采空區(qū)懸露直接頂轉(zhuǎn)移到巷旁的載荷是：

P=1.0×5.3×4.8×25=636 kN

在走向1.0 m 范圍內(nèi)，穩(wěn)定區(qū)支護(hù)為單體柱+擋矸U 型鋼，巷旁支護(hù)阻力為：

R=150+250/0.6+100/0.4=816.67 kN

R＞P，R/P=1.28，說明穩(wěn)定區(qū)支護(hù)強(qiáng)度能夠滿足直接頂懸頂載荷。

距工作面200 m 范圍之外，如頂板無明顯變形，巷道無明顯承壓情況，將切頂護(hù)幫支架交替前移，改用DW31.5-400/110X（M）型單體支柱進(jìn)行支護(hù)。單體支柱間距為0.6 m。工作面正常推采期間，在每個端頭支架頂部鋪設(shè)8 塊180 mm×250 mm×800 mm 聚乙烯高分子材料，確保錨索完好。

為保證端頭留巷效果，減小沿空留巷起點處頂板壓力，避免巷道圍巖移動變形過大，在125220工作面推采通過切眼時，在切眼口巷幫區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，采用木垛+木點柱+聯(lián)合29U 型鋼+磚墻+混凝土擋墻聯(lián)合支護(hù)，確保后期留巷效果。如圖4。

圖4 留巷段支護(hù)圖（m）

2.4 擋矸支護(hù)設(shè)計

工作面回采后，采空區(qū)頂板開始垮落，為了避免垮落矸石竄入巷道，架后臨時支護(hù)區(qū)采用“擋矸板+金屬網(wǎng)+U 型鋼”支護(hù)方式進(jìn)行擋矸支護(hù)。用0.2 m×8 m×2 m 擋矸板進(jìn)行臨時擋矸，同1#端頭支架固定，擋矸距離約8 m。擋矸U 型鋼采用29U型鋼，在切頂鋼帶處每隔400 mm 設(shè)置一組，每組用兩根2.2 m 長的29U 型鋼搭接，搭接長度1.7 m。在距離壓茬口兩端100 mm 處各布置卡子一個，扭矩為150 kN·m。

2.5 礦壓監(jiān)測設(shè)計

為確保“110 工法”應(yīng)用順利，需對留巷段進(jìn)行礦壓監(jiān)測，巷道監(jiān)測長度871 m，布置11 個斷面監(jiān)測。0～200 m，間隔30 m 布置一組測站，采用圍巖移動傳感器對頂板位移進(jìn)行監(jiān)測；0～200 m，間隔30 m 布置一組測站，安裝礦用本安型錨桿（索）應(yīng)力傳感器對錨桿、錨索受力進(jìn)行監(jiān)測；0～200 m，間隔50 m 布置一組測站，采用本安型數(shù)字壓力計監(jiān)測切頂護(hù)幫支架阻力；200～871 m，間隔70 m 布置一組測站，采用圍巖移動傳感器對頂板位移進(jìn)行監(jiān)測；200～871 m，間隔70 m 布置一組測站，安裝礦用本安型錨桿（索）應(yīng)力傳感器對錨桿、錨索受力進(jìn)行監(jiān)測；200～871 m，間隔70 m 布置一組測站，安裝礦壓本安型數(shù)字壓力計對單體進(jìn)行監(jiān)測。

2.6 “防滅火”設(shè)計

在回風(fēng)兼輔運順槽和膠運順槽均布置一趟束管，從切眼開始，每推采70 m，在架前底板掏槽埋入束管，液壓支架前移后，壓入采空區(qū)，束管至少延伸至采空區(qū)120 m（約到工作面95 架）的位置。將該束管與膠運順槽束管三通相連，用于采空區(qū)自然發(fā)火的預(yù)測預(yù)報工作。

采空區(qū)封閉采用噴漿+噴涂高分子材料的方式，一次噴厚30～50 mm，隨留隨噴；二次噴厚30～50 mm，在ZQ4000/20.6/45 切頂護(hù)幫支架拆除后進(jìn)行，封閉采空區(qū)應(yīng)力分布過程中產(chǎn)生的一次噴涂裂隙，防止采空區(qū)漏風(fēng)。

3 現(xiàn)場經(jīng)驗及做法

（1）切頂爆破技術(shù)

通過多次試驗、提煉總結(jié)，凝練了“4-3-3-3-2”不耦合裝藥結(jié)構(gòu)的爆破工藝，每個切縫孔裝藥3 kg，工作面采空區(qū)隨采隨落，切頂爆破整體效果最佳[2-3]。

（2）保護(hù)錨索裝置

在端頭支架頂部安設(shè)高分子聚乙烯墊塊保護(hù)錨索，墊塊具有防變形應(yīng)力大于25 MPa 的優(yōu)點，解決了工作面在回采期間端頭支架頂梁存在帶壓接觸并損壞錨索支護(hù)的問題，起到了保護(hù)巷道錨索作用。

（3）自制擋矸裝置

在端頭支架側(cè)采用5 個穿銷焊接固定整塊擋矸板，具有移動便利、擋矸效果優(yōu)、留巷幫部成線型好等優(yōu)點。

（4）擋矸網(wǎng)設(shè)計

留巷擋矸網(wǎng)采用Φ3.5 mm 菱形鐵絲網(wǎng)+不銹鋼篩網(wǎng)（網(wǎng)目5×5 mm）+Φ6 mm 鋼筋網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)合擋矸，在菱形鐵絲網(wǎng)與篩網(wǎng)之間鋪設(shè)廢舊風(fēng)筒布，保障留巷擋矸的前提下，減少后巷采空區(qū)漏風(fēng)，降低噴涂材料的使用。

（5）切眼大斷面特殊支護(hù)

在125220 工作面推采通過切眼時，及時在切眼口巷幫區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，采用木垛（規(guī)格為150 mm×150 mm×1200 mm 道木，每層道木8 根，累計施工木垛6 壘）+木點柱（聯(lián)合29U 型鋼）+磚墻（7000 mm×2700 mm×500 mm）+混凝土擋墻（7000 mm×2700 mm×1000 mm）聯(lián)合支護(hù)的方式進(jìn)行，以確保留巷效果。

（6）臨時支護(hù)持續(xù)優(yōu)化

工作面初采初放期間，采用雙排切頂護(hù)幫支架配合π 型梁進(jìn)行支護(hù)，雙排切頂護(hù)幫支架分列巷道兩幫，直線布置。初采初放結(jié)束后，根據(jù)巷道壓力情況更改為單排切頂護(hù)幫支架+單體液壓支柱+π 型梁進(jìn)行支護(hù)，有效控制頂板下沉量。

（7）后巷監(jiān)測技術(shù)

留巷段采用KJ24 煤礦頂板與沖擊地壓監(jiān)測系統(tǒng)，通過對切頂護(hù)幫支架初撐力，錨桿、錨索受力，頂板不動點（9.5 m）、深基點（8 m）、淺基點（2.5 m）離層量實時監(jiān)測，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，科學(xué)指導(dǎo)切頂卸壓留巷技術(shù)，為工作面安全生產(chǎn)提供技術(shù)依據(jù)。

4 應(yīng)用效果及經(jīng)濟(jì)效益

根據(jù)設(shè)計方案，對125220工作面實施“110工法”采煤工藝，按計劃布置工作面。留巷整體效果較佳，未出現(xiàn)頂板冒落情況，幫部相對比較平直，整個留巷段有2 處頂板下沉量達(dá)到300～400 mm，在對該段進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)后，不影響正常使用。該工作面應(yīng)用“110 工法”采煤工藝，可回收面間煤柱約3 萬t，經(jīng)濟(jì)效益達(dá)280 萬元；減少一條回采巷道掘進(jìn)，按照4400 元/米掘巷成本計算，可節(jié)約掘巷成本409萬元。

125220 工作面采用“110 工法”切頂卸壓無煤柱自成巷開采技術(shù)，留巷長度871 m，延米投資預(yù)算0.41 萬元，留巷成本約357 萬元，回收煤柱產(chǎn)生效益約280 萬元，節(jié)約掘巷產(chǎn)生效益約409 萬元，最終產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益332 萬元。

5 結(jié)論

（1）切頂卸壓無煤柱自成巷“110 工法”通過技術(shù)變革削弱了回采巷道圍巖應(yīng)力集中，減少了回采巷道掘進(jìn)，節(jié)約了巷道掘進(jìn)成本，解放了工作面間的護(hù)巷煤柱，提高了采煤工作面資源回收率。安山煤礦可采資源儲量有限，該礦井全面實施“110工法”切頂卸壓自動成巷無煤柱開采技術(shù)后，對提高該礦井資源回收率、延長礦井服務(wù)年限、減少回采巷道掘進(jìn)量、降低煤炭開采成本等具有重大意義。

（2）125220 工作面“110 工法”應(yīng)用理論成熟，技術(shù)可行，安全可靠，經(jīng)濟(jì)效益明顯，具備應(yīng)用“110 工法”開采的條件。根據(jù)類似開采技術(shù)條件分析，安山煤礦在一水平二盤區(qū)5-2 煤層具備推廣應(yīng)用“110 工法”的條件。