110 工法無煤柱開采技術(shù)試驗方法研究

白高飛

（汾西礦業(yè)集團生產(chǎn)管理部，山西 介休 032000）

引言

110 工法具體應(yīng)用指的就是將一個采煤工作面一條順槽利用切頂卸壓、補強支護等技術(shù)保留下一個工作面的回采順槽，從而在采煤作業(yè)開展時，只需要在作業(yè)面挖掘一條順槽，不需要設(shè)置保護煤柱的一項開采工作，通過對該項工藝進行應(yīng)用，能夠保證煤礦開采作業(yè)順利進行，提高煤礦開采經(jīng)濟效益，降低事故發(fā)生幾率。

1 煤礦工程概況

某煤礦位于整個河田中段，礦井交通十分便利，這為煤礦開采提供了便利條件。相關(guān)調(diào)查結(jié)果表明，整個礦井煤炭儲量約為11.78 億t，可采儲量約為6.21 億t。對礦井整體情況進行分析，礦井每年生產(chǎn)煤炭量約為485 萬t，整個礦井每層一共為6 層，煤層賦存十分穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)十分穩(wěn)定，整個煤礦中的煤炭資源以焦煤為主，煤礦開采過程中，礦井瓦斯涌出量約為63.21 m3/t，涌水量約為的148.5 m3/h。

2 110 工法在煤礦中的實施

2.1 超強補強支護

2212 工作面回風(fēng)順槽煤層頂板穩(wěn)定性墻，頂部處圍巖層十分堅硬，可對以往支護進行補強加固處理。在2212 工作面順槽邊緣里采用恒阻大變形錨索，針對煤層頂板進行補強懸吊處理。將恒阻器安裝在指定位置處之后，在煤礦開采時，頂板出現(xiàn)動壓后，安裝的恒阻器將會發(fā)生滑動，從而抵御由于沖擊而產(chǎn)生的能量，實現(xiàn)對煤礦支護結(jié)構(gòu)的有效保護，降低安全事故發(fā)生幾率[1]。

通過設(shè)置兩排變形恒阻錨索而形成一個不強支護結(jié)構(gòu)，靠近礦井采空區(qū)域布置了一排錨索，與切頂線間距離約為0.3 m，另一排錨索與靠近礦井采空區(qū)域錨索間距離為1.0 m，在具體布置時，通過對W 型鋼帶進行應(yīng)用，將支護結(jié)構(gòu)連接成一個整體。在煤礦巷道中安排一排錨索，錨索間距離要控制在2.0 m，長度約為8.5 m，為了安裝的錨索能夠滿足應(yīng)用需求，預(yù)緊錨索預(yù)應(yīng)力需要超過27.8 t。施工現(xiàn)場中采用的恒阻大變形錨索的規(guī)格，如表1 所示。

表1 恒阻大變形錨索的規(guī)格

在施工現(xiàn)場要開展拉拔試驗，具體試驗開展時，錨固劑的錨固力要超過41.8 t，而且要針對留巷段之外區(qū)域內(nèi)進行支護作業(yè)，從而為煤礦開采進行時，無煤柱開采技術(shù)的實施，開采作業(yè)順利進行，提高煤礦產(chǎn)量和經(jīng)濟效益提供強有力的支持。

2.2 煤礦內(nèi)單體樁支護

對煤礦具體情況進行分析可以發(fā)現(xiàn)，超前支護區(qū)域在煤礦開采面超前采動影響區(qū)間之內(nèi)，礦井巷道頂板在煤礦開采時需要承受巨大壓力，為了保證煤礦開采順利進行，要加強支護單體樁，避免發(fā)生安全事故。通過對煤礦情況進行測量可以發(fā)現(xiàn)，兩根單體柱與巷幫之間距離約為112.5 cm，要將花邊梁安裝在單體柱頂部，兩排單樁柱距離約為101.5 cm。煤礦開采期間，相關(guān)工作人員要對煤礦礦井氣情況進行詳細分析，結(jié)合礦井內(nèi)支護具體情況可以確定，在礦井切縫一側(cè)可能會發(fā)生頂板跨落風(fēng)險，一旦發(fā)生垮落現(xiàn)象，不僅會對煤礦開采進行造成不良影響，降低開采經(jīng)濟效益，甚至?xí)斐扇藛T傷亡[2]。此外，側(cè)頂板處還可能會發(fā)生摩擦下墜問題，因此，工作人員要做好頂板支護作業(yè)。在煤礦開采期間，為了保證巷道穩(wěn)定，最好利用U型鋼，將其與單體柱進行結(jié)合，將鋼筋網(wǎng)掛好，保證煤礦開采穩(wěn)定性。

2.3 科學(xué)設(shè)計預(yù)留切縫和瓦斯封堵

2.3.1 設(shè)計預(yù)留切縫

依據(jù)事先設(shè)好的方向，采用雙向聚能爆破預(yù)裂技術(shù)開展作業(yè)，施工人員將用于爆破的炸藥放在聚能裝置內(nèi)。在進行炸藥起爆之后，讓圍巖結(jié)構(gòu)能夠均勻承受外界壓力，而且要依據(jù)設(shè)定方向，通過集中受力方式成型，該項技術(shù)在具體應(yīng)用時相對簡單，將煤礦開采時采用的炮孔設(shè)置在預(yù)裂線上即可?？紤]到鉆孔處巖石發(fā)生了斷裂情況，因此，采用炸藥進行爆破并不會消耗大量能源，通過對聚能裝置進行應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)對圍巖結(jié)構(gòu)的有效保護，確保圍巖結(jié)構(gòu)不會遭受嚴(yán)重破壞，從而實現(xiàn)對巷道頂板的保護。結(jié)合過去煤礦開采留巷經(jīng)驗來看，預(yù)裂切縫深度需要達到采高高度的2.5 倍，本次煤礦開采的采高高度為1.6 m，預(yù)裂切縫深度為4.0 m。在進行單孔試驗時，要對裝藥量進行確定，依據(jù)間隔爆破掌握裝藥內(nèi)裂紋狀況，若孔內(nèi)并未達到裂紋率標(biāo)準(zhǔn)，要再次開展爆破試驗[3]。

2.3.2 瓦斯封堵設(shè)計

開展留巷側(cè)支護時，要臨時封堵采空區(qū)一側(cè)，采空區(qū)一側(cè)要布置風(fēng)筒布，并且要縫合搭縫處，從而實現(xiàn)度采空區(qū)的保護，減少涌入到采空區(qū)內(nèi)的瓦斯量，在該期間，采用快速密閉噴涂材料，噴涂留巷支護區(qū)域。頂板垮落穩(wěn)定后，進行初次噴涂和復(fù)噴，噴涂要求如表2 所示。

表2 噴涂要求

2.4 鉆孔設(shè)計

2212 工作面軌道巷道距離巷道北側(cè)幫輪廓線1.2 m 處，將用于治理瓦斯的鉆孔布置在頂板上，每一組一共布置3 個鉆孔，組間距離為6.3 m，鉆孔與巷道輪廓線的角度大小為44°。需要施工人員注意的是，在進行鉆孔作業(yè)時，施工人員要依據(jù)現(xiàn)場具體情況，對鉆孔傾斜角度進行調(diào)整，完成鉆孔作業(yè)后，需要將抽采系統(tǒng)帶入到煤礦中，從而為后續(xù)煤礦開采作業(yè)進行提供支持。

3 110 工法在工程中的具體應(yīng)用探討

3.1 監(jiān)測煤礦礦壓結(jié)果

在煤礦開采時，采用視頻監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測被監(jiān)測位置位移和壓力的變化情況，通過監(jiān)測結(jié)果，全面掌握圍巖動態(tài)情況，動態(tài)管理巷道支護結(jié)構(gòu)的改變。系統(tǒng)監(jiān)測內(nèi)容主要包括表面位移、變形量、單體支柱受力等各項情況的全面監(jiān)測。通過對收斂儀器測量不同點抵達到基準(zhǔn)點距離，在2212 工作面回風(fēng)順槽試驗段，間隔14.5m 安裝礦壓觀測設(shè)備，常用的設(shè)備有錨索應(yīng)力計、離層儀等。針對作業(yè)中采用的單體柱壓力表，受條件限制，在具體監(jiān)測時，采取觀測系統(tǒng)與人工觀測相結(jié)合方式進行，而且要指派專人對監(jiān)測結(jié)果進行記錄。采用110 工法，監(jiān)測礦壓得到了下列結(jié)果：

1）2212 工作面頂板堅硬，埋深淺，超前壓力不顯著，因此，并監(jiān)測到2212 工作面頂板發(fā)生了離析情況。留巷段礦壓顯著，隨著時間推移，頂板將會達到最大值，隨后將會處于平緩，最終將會處于穩(wěn)定狀態(tài)[4]。

2）從巷幫到切頂線頂板會呈現(xiàn)出移動變化規(guī)律，切頂線變化值最大，具體效果與支護結(jié)構(gòu)強度、爆破效果都有著緊密關(guān)聯(lián)。

3.2 試驗開展期間需要注意的內(nèi)容

采用鋼筋網(wǎng)與U 型鋼構(gòu)成擋矸支護結(jié)構(gòu)，在支架后約220 m 處，利用鋼筋網(wǎng)和U 型鋼制作成護幫結(jié)構(gòu)。在具體作業(yè)開展時，利用木楔子固定U 型鋼，將鋼筋網(wǎng)掛在一側(cè)，將巷幫與鋼筋網(wǎng)搭接起來，從煤礦開采情況來看，采用直徑為6.5 mm 鋼筋網(wǎng)。

在煤礦巷道穩(wěn)定后，對于可能發(fā)生垮落部分進行填充，去除掉單體支柱。在煤礦開采過程中，要全面結(jié)合礦壓監(jiān)測結(jié)果，適當(dāng)調(diào)整巷道，采用高分子材料封閉巷道。

煤礦開采施工期間，要對比設(shè)計參數(shù)與設(shè)計參數(shù)，確保兩者數(shù)據(jù)保持一致，錨索預(yù)緊力大小需要達到設(shè)計要求標(biāo)準(zhǔn)。如果在作業(yè)過程中遇到了特殊情況，要對局部支護結(jié)構(gòu)進行修改，保證切縫與錨索質(zhì)量能夠達到要求標(biāo)準(zhǔn)。觀測設(shè)點礦壓情況，依據(jù)具體情況，關(guān)閉瓦斯抽放口閥門。

對礦區(qū)的2212 工作面開展工業(yè)性試驗，綜采工作面切頂卸壓自動成巷無煤柱開采技術(shù)在具體應(yīng)用過程中，在巷道成型、切頂卸壓、支護等方面都取得了不錯效果，留巷段巷道切縫側(cè)臨時支護，如圖1 所示。

圖1 留巷段巷道切縫側(cè)臨時支護圖

4 結(jié)語

在煤開開采期間采用110 工法能夠避免煤礦中巷道頂板發(fā)生大幅度下沉問題，在確保煤礦順利開采基礎(chǔ)上，降低支護成本；節(jié)約順槽掘進作業(yè)量與煤柱資源；保證巷道整體氣密性能夠達到固定要求，從而為煤礦開采作業(yè)順利進行提供強有力的支持。