無煤柱“110工法”開采技術應用初探

趙 朋，呂懷寶，申 濤

（陜西陜煤黃陵礦業有限公司一號煤礦，陜西 黃陵 727307）

無煤柱“110 工法”即切頂卸壓沿空留巷技術，指將一個采煤工作面的一條順槽通過切頂卸壓、補強支護及擋矸支護等技術將其保留下來作為下一個工作面的一條回采順槽，從而實現采煤工作面只需掘進一條順槽，不留設保護煤柱的開采工藝。

1 工作面概況

黃陵礦業一號煤礦屬于高瓦斯礦井，礦井絕對瓦斯涌出量為162 m3/min，相對瓦斯涌出量為12.65 m3/t，主采煤層為2 號煤層，屬于自燃煤層。

1006 工作面位于黃陵礦業一號煤礦十盤區，為十盤區西翼第六個回采工作面；北為1007 工作面，南為1005 工作面(已回采結束)，西為六盤區，東為北一進風巷。地面位置位于侯村西北部，上覆地表為低山林區為主，無建筑、河流及其它設施?？刹砷L度1 981 m，切眼長235 m，平均采高2.15 m，地質儲量1.30 Mt，可采儲量1.274 Mt。該工作面為中厚煤層智能化綜采工作面，配備一套中厚煤層智能化開采設備，實行“三八”作業制，一班檢修，兩班生產。

2 “110 工法”實施情況

為進一步提高礦井生產效率、降低掘進率、提高資源回收率、延長礦井服務年限，解決因留設煤柱帶來的資源浪費、生產接續緊張、災害治理時間不足等重大難題，實現礦井安全高效生產，助推礦井向更高質量發展。黃陵礦業一號煤礦于2020年3月初開始在1006 智能化綜采工作面實施無煤柱“110工法”，5月初回采完畢進入閉采，回采工期2 個月，成功實現留巷300 m的試驗目標。

2.1 試驗巷道

此次無煤柱工業試驗在1006 運輸順槽 （下文簡稱1006 運順）進行。

1006 運順為矩形巷道，掘寬5.2 m，掘高2.8 m。原始支護頂板采用錨桿+T140 型鋼帶+ 塑鋼網聯合支護； 支護錨桿規格均為Φ20 m×2 500 m，主幫為玻璃鋼錨桿，副幫及頂板為左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，每根消耗MSK2335 樹脂錨固劑3 節。頂錨桿：靠兩幫兩根錨桿間距1 000 mm、中間4 根錨桿間距850 mm，錨桿排距600 mm和1 000 mm交替支護，“六-六”矩形布置。幫錨桿：主幫采用玻璃鋼錨桿+ 塑鋼網聯合支護，副幫采用金屬錨桿+ 塑鋼網聯合支護，錨桿間排距均為700 mm×1 000 mm。錨索梁：T140 型鋼帶長4.8 m，一梁四索，排距1 600 mm，錨索采用Φ17.8 mm×8 300 mm鋼絞線，每根消耗MSK2370 樹脂錨固劑3 節。1006 運順支護斷面見圖1。

圖1 1006 運順支護斷面

2.2 技術方案

1006 工作面沿空留巷工業試驗前，一是在1006 工作面停采線以里305 m位置施工1006 運順措施巷，作為留巷期間通風、輔助運輸通道，二是在1006 輔助運輸巷巷口以里25 m位置施工1006 輔運通風繞道，作為留巷期間回風通道。工業試驗期間，工作面采用“Y型”通風方式，新鮮風流由1006進風、運輸順槽進入，乏風經1006 運順措施巷、1006 輔助運輸順槽、1006 輔運通風通道回至北一回風巷。采用雙向聚能爆破預裂技術對1006 運輸順槽進行切頂卸壓，尾巷幫部采用“U型鋼+ 金屬網+噴砼+高分子材料覆蓋”方式進行擋矸支護，尾巷主體采用“單體+ 鉸接梁”方式對頂板進行支護，實現沿空留巷開采，試驗巷道布置平面見圖2。

圖2 1006 試驗巷道布置平面

2.3 留巷效果

成功留巷300 m，巷道寬度4.6 m，高度2.2～2.3 m，取得了較好的試驗預期效果。為我礦無煤柱開采條件下優化回采巷道布置斷面和支護技術參數、配套裝備及災害治理措施等方面積累了寶貴的經驗，為1009 工作面正式實施無煤柱“110 工法”奠定基礎。

3 應用探討

3.1 巷道支護

（1）支護設計

1006 工作面因掘進期間尚未規劃進行無煤柱留巷試驗，因此掘進巷道支護按照正?；夭晒ぷ髅嫦锏绤颠M行施工。在實施無煤柱留巷時，需提前補打讓壓錨索等進行巷道二次補強支護，二次支護不僅受巷道皮帶、管路等設備影響不利于施工，同時相比于一次支護，耗費人力物力更多，且巷道支護效果不如一次施工支護。

將無煤柱沿空留巷作為一項系統工程，在掘進時統籌考慮后期留巷需求，將留巷經歷掘進及兩次強烈采動影響作為巷道掘進支護參數選擇的重要依據，充分考慮留巷期間頂板可能面臨的各種狀況及管理應對措施，統籌謀劃。

（2）支架與支護

沿空留巷巷道不同于正?；夭上锏?，正常支護巷道頂板采用全部垮落法處理頂板時，需要采取退錨、施工強制放頂孔等措施破壞頂板支護來保證頂板及時垮落，避免回風隅角懸頂超過規定。

為了保護巷道支護錨索不被超前支架及端頭支架破壞，采取回撤運順第1 臺端頭支架，同時調整第2 臺端頭支架與第3 臺支架間距來避讓頂板支護錨索。同時在第2 臺端頭支架頂梁上采取使用皮帶、柱鞋加工支墊物來減少支架頂梁與頂板接觸面積來避免頂梁破壞錨索的辦法保護巷道原有支護。在超前支架拉移中通過調整超前支架位置使其避開錨索來減少破壞，有效保護了巷道支護錨索，取得了較好的效果，巷道原有支護錨索保護率在95%以上。缺點是增加了工人的勞動強度，同時增加了移架操作難度，稍不小心便可能破壞頂板錨索，同時存在一定安全風險，不適用正式留巷作業。

在實施留巷時，巷道掘進前統籌考慮設備配套選型與巷道支護相匹配，可通過減少或不使用超前支護支架（因巷道已加強支護），同時減少端頭支架數量，探索一種有效保護巷道的支護形式，即安全高效、便于操作的端頭巷道支護方式。

3.2 施工管理

沿空留巷施工工藝較復雜，涉及多個工序，同時作為一項新工藝，其勞動組織管理水平的高低對于項目實施有重大影響。

（1）人員組織

沿空留巷施工工藝較多，各工序施工質量要求較高，在實施過程中可能出現各種問題，必須高度重視。

①成立技術攻關小組，針對實施工藝及遇到問題及時攻關解決。

②利用“微信網絡平臺+ 班前會培訓+ 現場培訓”三級培訓模式對職工進行全面培訓，確保職工掌握操作要領及各工藝技術要求。

（2）現場組織管理

①前期施工時，必須有技術人員現場全程跟班監督指導施工及驗收施工質量，發現問題及時糾正處理。

②明確各環節的現場施工負責人，確保各環節均有人負責施工質量。

③每班必須配備驗收員，嚴格按照相關技術要求驗收現場各工序的施工質量，確保動態合格。

3.3 切頂預裂爆破

（1）切頂孔

因1006 運順皮帶安裝在主幫側，導致切頂施工作業空間受限，切頂鉆孔施工角度與法線夾角最大只能保證10°，同時偏轉角度工人施工過程中無法準確把握，另外濕式打眼作業水流至底板，造成底板淤泥。

①利用三角函數計算偏轉角度下的水平位移距離，便于工人施工。

②在打眼作業區域開挖水溝及臨時水倉杜絕水流至滿巷道。

③在實施留巷作業時，需提前考慮將運順皮帶安裝至巷道中心，保證與主幫的距離，以便后期切頂孔施工，同時可考慮調整偏轉角度至30°，提升切縫側頂板支護效果。

④鉆孔施工過程中不得隨意挪動鉆機位置，同時鉆機上升均勻給力，升力不得過大，保證鉆孔的直線性。

⑤施工過程中勤檢查鉆頭磨損程度，發現磨損過大及時更換，確保鉆孔內徑大小合適。

⑥使用小型長臂錨桿鉆車施工切頂孔，提高施工效果及質量。

（2）爆破

做好裝藥前驗孔工作，通過加工專用驗孔工具進行驗孔，合格后方可裝藥。

①針對不同頂板巖性，及時調整最佳裝藥參數，確保爆破效果。

②頻繁沖孔時，及時調整炮泥封孔深度、炮泥干濕度及黏度，提升封孔質量。

3.4 尾巷支護

尾巷單體支護是控制留巷頂板的重要手段，其支設水平對于巷道維護起著重要作用。

切縫側采用U型鋼擋矸支柱+ 金屬網支護方式支護封閉采空區，U型鋼的支設質量是頂板控制的關鍵。

（1）U型鋼必須支設在實底上，支設前必須清理干凈底板淤泥、浮煤，掏槽保證深度一致底板平直。

（2）U型鋼搭接長度需保證不低于規定值，同時固定螺栓預緊力不低于規定，垂直頂底板支設。

（3）金屬網片搭接固定，嚴格按照設計規定執行。

3.5 瓦斯治理

工作面通風方式由“U”型通風改為“Y”型通風，1006 運輸順槽后巷可能存在漏風，導致采空區瓦斯涌出。將進風順槽隅角封堵嚴實，減少風流流入采空區，同時根據實際情況合理分配進風順槽及運輸順槽配風量，使工作面處于均壓狀態。

由于采空區埋管抽采和“Y”型通風的漏風流場特點，使供氧通道發育，采空區可能存在發火風險。

（1）采取措施減少采空區漏風。

（2）回采時必須沿頂底板進行割煤，減少采空區遺煤。

（3）加強阻化劑的噴灑工作。

（4）若尾巷瓦斯濃度變化，適當調整埋管抽采風量；當瓦斯濃度不高時，可停止埋管抽采。

4 結語

本文基于1006 工作面無煤柱“110 工法”工業試驗，進行了全面總結，詳細分析了實施過程中遇到的各種困難和問題，提出解決辦法，其中也包括一些個人觀點、看法；無煤柱“110 工法”在黃陵一號煤礦的成功應用，為該技術的推廣積累了一些寶貴經驗。