薄煤層復(fù)合頂板“110 工法”的實(shí)踐應(yīng)用研究

王 飛

（山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)古縣東瑞煤業(yè)有限公司，山西 臨汾 041000）

1 工程概況

東瑞煤業(yè)2101 工作面主采2#煤層，2#煤層厚0.80～1.00 m，平均厚0.9 m，穩(wěn)定可采，結(jié)構(gòu)簡單。煤層基本頂為泥巖、粉砂巖、細(xì)砂巖，厚度為5～10 m；直接頂為泥巖和砂質(zhì)泥巖，厚度為2～5 m；偽頂為泥巖和碳質(zhì)泥巖，厚度為0.2～0.5 m；直接底為泥巖，厚度為1～3 m。

2101 綜采工作面采用綜采工藝。2101 工作面巷道為矩形斷面，尺寸寬×高=3.5 m×2.8 m，采用“錨桿+錨索+菱形網(wǎng)+鋼筋鋼帶”聯(lián)合支護(hù)。頂上鋪8#加強(qiáng)菱形網(wǎng)，排排上5 眼、4 m 長鋼筋鋼帶，每隔3 m 在兩排鋼帶中間布置一排錨索，間排距1800 mm×3000 mm；兩幫掛8#加強(qiáng)菱形網(wǎng)，排排上3 眼、2.14 m 長鋼筋鋼帶，鋼帶3 眼全部布置錨桿，間排距1000 mm×900 mm，第一排距頂500 mm，且為角錨桿（75°）。

2 切頂卸壓沿空留巷方案

為優(yōu)化回采工藝、節(jié)約生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率，2101 綜采工作面采用110 工法[1-2]，切頂卸壓沿空留巷開采，2101 輔運(yùn)順槽切頂留巷寬度為3.5 m，高度為2.8 m。110 工法即每個(gè)工作面只需掘進(jìn)一條回采巷道，另一條巷道通過切頂卸壓自動(dòng)成巷形成。工作面煤層回采前，在回采巷道沿即將形成的采空區(qū)側(cè)定向爆破預(yù)裂切頂，采用恒阻大變形錨索支護(hù)回采巷道頂板圍巖。工作面回采后，在礦山壓力作用下沿切縫將頂板切落形成巷幫，既隔離采空區(qū)，又保證了該回采巷道的完整性，減弱了頂板的周期性壓力。

2.1 施工工藝

2.1.1 恒阻錨索加強(qiáng)支護(hù)

超前工作面40 m 開始進(jìn)行錨索加強(qiáng)支護(hù)，使用恒阻大變形錨索恒阻器，恒阻器型號(hào)為HZS35-300-0.5，錨索直徑21.6 mm。恒阻大變形錨索（Φ21.6 mm×8300 mm）=恒阻器+普通鋼絞線錨索。恒阻大變形錨索垂直于頂板方向布置，第一列恒阻大變形錨索布置在距離切縫線500 mm 處，排距1000 mm，恒阻大變形錨索預(yù)緊力不小于28 t，沿巷道方向配合W 型鋼帶使用；第二列為普通錨索（Φ21.6 mm×8300 mm），布置在距離第一列錨索1000 mm處，排距為2000 mm，預(yù)緊力不小于15 t。切頂孔位于靠近采空區(qū)側(cè)巷道頂板，并向巷內(nèi)偏移200 mm，與豎直方向呈15°夾角。在輔運(yùn)巷上幫中部打一列錨桿（Φ20 mm×2200 mm），垂直巷幫，間距1000 mm，錨桿間用W 型鋼帶，使用兩支錨固劑，1 支K2335，一支Z2360。

2.1.2 密集切頂孔施工

距回采工作面超前30 m 處，在距采空區(qū)側(cè)200 mm 處鉆設(shè)一排切頂孔，切頂孔深6 m，切頂孔向采空區(qū)側(cè)傾斜15°，切頂孔間距為250 mm。

2.1.3 切頂留巷擋矸

留巷側(cè)采用可伸縮25U 型鋼和鋼筋網(wǎng)、風(fēng)筒布進(jìn)行聯(lián)合擋矸，防止頂板垮落的巖石涌入巷道。

“U 型鋼+鋼筋網(wǎng)”聯(lián)合擋矸支護(hù)：25 號(hào)U型鋼長度為2200 mm，兩個(gè)U 型鋼使用兩個(gè)卡蘭搭接組成一榀U 型鋼架，搭接長度1200 mm，組合后的U 型鋼架高度為3200 mm?？ㄌm上下沿距U 型鋼搭接端頭各150 mm，卡蘭寬度100 mm。U 型鋼架的間距為500 mm，底部臥底200 mm，頂部卡入孔內(nèi)。由于切縫距巷道邊緣200 mm，擋矸在巷道邊緣基礎(chǔ)上向巷道中線偏移200 mm，置于切頂孔正下方。擋矸支護(hù)側(cè)視圖如圖1。

圖1 擋矸支護(hù)側(cè)視圖（mm）

兩根U 型鋼用卡蘭固定搭接形成可伸縮擋矸U型鋼架，U 型鋼架間采用連桿連接。連桿使用厚度8～10 mm 的鋼板，尺寸寬70 mm×長460 mm 的長條形，兩端鉆設(shè)直徑20 mm 螺栓孔，連接在兩個(gè)卡蘭之間。

在綜采支架側(cè)方掛設(shè)擋矸鋼筋網(wǎng)，擋矸鋼筋網(wǎng)設(shè)兩層，中間夾一層風(fēng)筒布。擋矸鋼筋網(wǎng)尺寸為2000 mm×3000 mm，鋼筋直徑為6 mm，網(wǎng)格規(guī)格為40 mm×40 mm。擋矸鋼筋網(wǎng)頂端與巷道頂板鋼筋網(wǎng)之間重疊100 mm，并通過16#扎絲綁扎，底端與底板接觸。綁扎時(shí)按W 形方式進(jìn)行綁扎，每100 mm 設(shè)一處綁扎。

2.1.4 超前支護(hù)及切頂柱打設(shè)質(zhì)量要求

（1）兩巷超前支護(hù)單體柱必須成一直線，偏差大于等于100 mm。兩巷單體柱每天進(jìn)行抽檢（每巷3 根），單體柱初撐力不得低于11.4 MPa。

（2）所有支柱必須采取可靠的防倒措施，以防歪倒傷人。防倒鏈一端掛在頂板鋼筋網(wǎng)片上，一端拴在單體柱油缸上，聯(lián)接必須牢固。

（3）底板松軟時(shí)，單體柱要穿柱鞋，使鉆底量不超過100 mm。如繼續(xù)鉆底量超過100 mm，必須墊道木加強(qiáng)底板強(qiáng)度，單體柱再穿柱鞋，必須保證單體柱初撐力。

（4）輔運(yùn)順槽端頭支架距離第三列單體超過1200 mm 時(shí)，需進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)，支護(hù)形式為單體配備鉸接梁架設(shè)臨時(shí)支護(hù)點(diǎn)，來保證支護(hù)達(dá)標(biāo)可靠。

2.1.5 采空區(qū)密閉

留巷期間，采用高分子材料（A、B 料）對(duì)留巷側(cè)擋矸支護(hù)進(jìn)行噴涂，封堵采空區(qū)瓦斯等有害氣體。A、B 料按1:1（質(zhì)量比）配比，噴涂厚度為50 mm，噴涂緊跟擋矸支護(hù)進(jìn)行噴涂，噴涂滯后最多不大于10 m。

高分子材料A、B 料分類獨(dú)立存放，專人管理，根據(jù)需用量確定采購量及下井量，隨用隨下，井下儲(chǔ)存量最多不能超過一天的使用量，且必須存儲(chǔ)在頂板支護(hù)完好、無淋水、通風(fēng)良好的硐室或巷道中。高分子材料應(yīng)儲(chǔ)存在干燥、通風(fēng)、防潮、防曬處，碼放高度不得超過 1.5 m，運(yùn)輸過程中要防止雨淋、日曬、劇烈沖擊和包裝損壞，裝運(yùn)時(shí)要輕拿輕放。

2.2 巷道支護(hù)

根據(jù)切頂留巷方案，將巷道劃分為超前支護(hù)區(qū)、留巷臨時(shí)支護(hù)區(qū)和成巷穩(wěn)定區(qū)，根據(jù)分區(qū)采取不同的支護(hù)措施。

超前支護(hù)區(qū)（煤壁前方0～30 m）位于工作面超前采動(dòng)影響區(qū)，需超前加強(qiáng)支護(hù)。

留巷支護(hù)區(qū)（架后0～200 m）位于工作面滯后影響區(qū)，巷道受動(dòng)壓影響明顯，頂板壓力較大，頂板需要臨時(shí)加強(qiáng)支護(hù)。留巷臨時(shí)支護(hù)主要采用DW35 單體液壓支柱配合鉸接梁，即“一梁一柱”成列進(jìn)行支護(hù)，排距1200 mm，單體柱每天抽檢5根，單體柱初撐力不得低于20 MPa。

成巷穩(wěn)定區(qū)（架后200 m 之后）受采動(dòng)影響較小，當(dāng)留巷頂、底板及兩幫變形量每月小于10 mm/m 時(shí)，可回撤留巷內(nèi)200 m 之后單體、鉸接梁支護(hù)；當(dāng)留巷頂、底板及兩幫變形量每月大于10 mm/m 時(shí)，不得回撤單體、鉸接梁支護(hù)。

3 應(yīng)用效果分析

3.1 留巷效果

根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，切眼后15 m 測點(diǎn)巷道高度開始降低，變化幅度180～240 mm；切眼后100～130 m 范圍內(nèi)巷道高度變化趨勢明顯增大，即頂?shù)装逡平吭龇鶆×?，其中頂板下?80～240 mm，底鼓180～340 mm；當(dāng)留巷240～260 m 時(shí)，此段巷道高度趨于穩(wěn)定，頂?shù)装逡平繋缀醪辉僭黾印?/p>

當(dāng)前2101 工作面已回采結(jié)束，留巷段頂、底板無明顯變形，留巷效果達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。頂板總體較為完整，除留巷段20～80 m 頂?shù)装逡平孔畲筮_(dá)0.8 m、巷道高度最低2.2 m，其余范圍內(nèi)巷道高度普遍為2.6～3.0 m，幫鼓量為0.1～0.2 m，基本無影響。

3.2 應(yīng)用成效

“110 工法”在2101 工作面回采中應(yīng)用效果顯著，主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：（1）該技術(shù)的應(yīng)用有利于解決工作面上隅角瓦斯問題。（2）該技術(shù)的應(yīng)用有利于提高煤炭資源回收率，延長礦井服務(wù)年限。按照傳統(tǒng)的布置方式每兩個(gè)回采工作面之間至少留設(shè)一個(gè)煤柱，實(shí)施切頂卸壓自成巷無煤柱開采技術(shù)，可有效回收這部分資源，資源回收率提高12%。（3）該技術(shù)的應(yīng)用有利于合理優(yōu)化采、掘、抽布局。切頂卸壓自動(dòng)成巷技術(shù)一個(gè)工作面少掘送一條巷道，所留巷道繼續(xù)服務(wù)下一個(gè)工作面，構(gòu)成工作面時(shí)間縮短，使抽采時(shí)間更充分，礦井采、掘、抽銜接更合理。

4 經(jīng)濟(jì)效益分析

（1）切頂留巷成本：留巷728 m，共1022 萬元，每米單價(jià)14 030 元。其中：巷道恒阻大變形錨索頂板加強(qiáng)支護(hù)、頂板切縫、爆破材料，單價(jià)5100 元/m，共443.7 萬元。支護(hù)材料、擋矸材料、封閉材料，單價(jià)7830 元/m，共570 萬元。留巷投入的人工費(fèi)及后期維護(hù)人工費(fèi)，單價(jià)1100 元/m，共80 萬元。

（2）掘送一條巷道的成本：525 萬元。相鄰工作面少掘送一條巷道885 m，成本5900 元/m。

（3）實(shí)際效益：回收煤柱2386 萬元（多回采原煤7.02 萬t，原煤價(jià)格340 元/t），切頂留巷成本1022 萬元，新增效益2386+525-1022=1889 萬元。