110工法在采礦實踐工程中應用

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摘要：長壁開采切頂短壁梁理論及其110工法的提出，是煤礦開采的一次關鍵性技術變革。采用該技術有效降低了巷道掘進率，緩解了礦井采掘銜接緊張的問題，在采礦實踐工程中取得了較好的社會效益和經濟效益。以山西曙光煤礦1226工作面、1228工作面為工程背景，分析探討了110工法在采礦過程中的應用情況以及應用過程中存在的一些技術問題，以期為今后110工法在煤礦開采工作中的進一步推廣應用積累寶貴經驗。

關鍵詞：110工法；切頂卸壓；無煤柱開采

何滿潮院士等提出的長壁開采切頂短壁梁理論及110工法補充完善了煤炭開采科學技術存在的不足，推動煤炭開采科學技術進人新紀元。通過對主動支護下沿空留巷頂板破碎原因的分析［3］，要求巷旁支護與煤體之間的相互作用需協調匹配；對錨網索聯合支護沿空留巷頂板離層的分析［4］，為沿空留巷圍巖穩定性控制提供了理論依據。在實際應用中，需綜合考慮圍巖、煤體、支護體之間的相互作用，才能在具體工程實踐中進一步豐富完善110工法。

1工程概況

曙光煤礦現采1228工作面位于該礦井井田一采區西翼，東臨集中軌道巷，南為1226工作面（已采），西部因地質構造影響未掘進至一采區邊界，北為未回采的1230工作面。1228工作面材料巷為1226工作面運輸巷留巷，1228運巷（留巷）將作為下一個未采工作面1230工作面的材料巷。1228工作面可采走向長度1634m，傾向長度240m（中一中），實體長236m，平均采高為2．7m。工作面標髙最低＋463m，最高＋509m。該工作面現運輸巷留巷708m〇1226工作面、1228工作面煤層老頂為細砂巖，直接頂為粉砂質泥巖，偽頂為碳質泥巖，直接底為粉砂巖，老底為砂質泥巖。該礦總體采用“切頂卸壓＋恒阻大變形錨索支護”為主體的設計方案在1226工作面、1228工作面開展110工法試驗。

2施工方案

2．1施工恒阻錨索

1226X作面、1228工作面運用110工法，采用以“切頂卸壓＋恒阻大變形錨索支護”為主體的設計方案進行預裂切縫爆破。同時，利用恒阻大變形錨索進行補強支護，以控制頂板下沉。恒阻大變形錨索直徑21．8mm，恒阻器長450mm，直徑85mm，恒阻值為32t，預緊力大于等于25N。

2．2頂板預裂切縫

在1226工作面和1228工作面運輸巷靠近回采側范圍內進行切頂爆破，切縫孔布置于距回采側煤幫150mm處，排距為500mm，鉆頭直徑50mm，鉆孔深度為11m，向煤壁側傾斜角度為75。。施工時至少超前工作面50m。切縫孔施工完成后，根據要求采用雙向聚能爆破進行頂板預裂切縫。切縫鉆孔布置及加強支護剖面圖如圖1所示。切縫鉆孔布置及加強支護展開圖如圖2所示。

3巷道支護

在工作面推進過程中，不同位置巷道受采動影響不同。根據支護效果及數據分析，將工作面附近劃分為3個區，即超前支護區（工作面前方30m）、架后臨時支護區（架后0￣300m）和成巷穩定區＠5后300m之后），不同分區根據需要采取不同的支護措施。超前支護區：采用單體液壓支柱配合TT型鋼梁及滑移式超前支護裝置（ZQH2x3400／24／34）進行超前支護，支護距離不小于30m。架后臨時支護區：架后臨時支護主要采用型梁和單體柱一梁四柱進行超后支護9成巷穩定區：此段巷道受采動影響很小，根據礦壓監測結果，當頂底板移近量及頂板錨索受力趨于穩定時，可認為該區域頂板已趨于穩定狀態，可隔一架拆除一架，循環使用。為防止漏風現象發生，在鋼筋網與可縮U型鋼之間鋪設風筒布，高度取4．0m，上下各超出300mm，超出部分固定到頂底板并進行有效封閉。風筒布搭縫處寬度30cm，固定后亦進行封閉處理。

4留巷效果

1226工作面運輸巷已成功留巷1362m，1228工作面目前已成功留巷708m。110工法切頂卸壓自成巷技術在曙光煤礦的應用取得了良好的試驗效果，為今后在相似地質條件下的推廣應用奠定了基礎，并積累了寶貴的經驗。

5應用探討

在1226工作面、1228工作面留巷內均布置礦壓監測觀測點。隨著工作面的推進，觀測的相關變化量呈現出一定的變化規律。

5．1頂板下沉

留巷內頂板在推進過程中累計下沉量在50mm左右，局部應力集中區頂板下沉量為150mm。

5．2底鼓及兩幫收縮

在距工作面30￣100m范圍，底鼓及收縮量每日逐步增大，增大幅度加快；在距工作面300m外，底鼓及收縮量每周緩慢增大，增大幅度均在50mm左右，且煤柱側累計收縮量較大，擋矸側累計收縮量較小。

5．3巷道頂板離層監測錨索受力和變形量監測

在工作面推進過程中，在距工作面50m范圍內，離層儀測力計數據增大量為10mm；恒阻錨索測力計數據增大量在10kN左右；在距工作面50￣150m范圍，離層儀測力計數據增大量為20mm；恒阻錨索測力計數據增大量在30kN左右；在距工作面150￣300m范圍，離層儀測力計、恒阻錨索測力計數據基本趨于穩定；在距工作面300m范圍外，數據變化量趨于穩定，無明顯增大的現象。

6存在的問題及解決方案

6．1恒阻錨索出現鎖具滑脫現象

在工作面推進過程中，機頭前后50m范圍內，部分恒阻銷索預留的外露長度減少，但是錨具沒有縮進至恒阻器中起到讓壓的作用。出現這種情況的主要為靠近切頂側的恒阻錨索鎖具。對于外露長的錨索，在原鎖具下再加一個鎖具并重新加壓；對于外露短的重新補打錨索。在預裂爆破后，及時對爆破地點附近的錨索進行二次加壓，確保錨索的預緊力符合要求。針對恒阻錨索脫落后無法再補加鎖具的情況，需對收縮嚴重區域補打錨索，重新維護。

6．2巷道內局部頂板破碎嚴重

針對過陷落柱、斷層等情況導致巷道內頂板及煤幫側局部破碎的情況，可以通過提前打設恒阻錨索支護以及對巷道內頂板及煤幫側提前進行注漿維護的方式解決。

6．3預裂爆破過程中炮眼封堵不實沖孔率偏高

根據施工標準要求，沖孔率不得超過20％，實際達到35％左右。為施工隊組配備礦用防爆型炮泥機后，提高了炮泥的制作質量和工作效率，有效減少了炮眼沖孔現象的發生，沖孔率由原來的35％左右降低到現在的不到17％。

6．4局部地段預裂爆破切縫效果差

預裂爆破施工時，按原設計爆破參數進行爆破后頂板切縫效果較差。實際施工過程中加強了對頂板巖性的探測，采用鉆孔窺視儀對施工的預裂爆破炮眼進行窺視，掌握頂板巖性結構變化情況，及時調整裝藥結構，并對已爆破效果較差地點進行補爆。

6．5擋矸U型鋼向巷中擠出擋矸效果差

擋矸U型鋼設計不合理，原設計擋矸U型鋼上部一節與頂板接觸段為斜切45°，下部一節為平頭，底板需挖500mm的柱窩埋入底板，加工的U型鋼擋砰效果差，容易擠出，且局部U型鋼扭曲變形。工程實踐中改進了U型鋼加工方法，在U型鋼上部焊接圓鋼，外露超出U型鋼300mm，外圓鋼傾斜15°（與切縫孔傾斜角度一致）使圓鋼插進切縫孔中，同時在下部一節也焊接圓鋼，外露超出U型鋼300mm，與U型鋼平行。架設擋矸U型鋼時，在切縫孔的正下方底板400mm處將圓鋼插入鉆孔中，有效解決了擋矸U型鋼容易擠出的問題。另外，在作業過程中使用力矩扳手緊固法蘭螺母，確保螺母緊固力矩不超120N－m。

6．6工作面刮板輸送機前后穿影響留巷擋矸架設

工程實踐中標定了材、運巷中心線，工程技術人員每班測量刮板輸送機機頭、機尾距巷道中心線的距離，及時將數據反饋給隊領導和采煤機司機，采煤機司機根據要求在割煤過程中嚴格控制機頭機尾的推進度，一旦1＃支架與切縫孔的距離超過600mm，需在1＃支架與切縫孔間架設邁步梁對頂板進行維護，并調整支架。

7經濟效益

1226工作面使用無煤柱開采新技術后，曙光煤礦增加收入6．520X107元，巷道布置成本降低9．9885xl06元，留巷投人成本增加6．72703xl07元，洗煤成本增加3．6513xl06元，實現利潤4．2669xl06元。1228工作面使用無煤柱開采新技術后，曙光煤礦收入增加了5．80635xl07元，巷道布置成本降低了1．33839xl07元，留巷投入成本增加了6．66547xl07元，洗煤成本增加了2．7311x10s元，實現利潤2．0616xl06元。1226工作面及1228工作面共計實現利潤6．3285xl06元。

8結語

切頂卸壓110工法具有巨大的技術優勢，在曙光煤礦的成功應用，減少了礦井煤炭資源損失的同時降低了礦井巷道掘進率，經濟效益可觀。根據110工法在1226工作面和1228工作面的應用情況，總結了相關礦壓顯現規律，研究結果為類似條件切頂卸壓自成巷工作面的管理提供了參考，對110工法的進一步推廣應用具有重要意義。

參考文獻：

［1］何滿潮，宋振騏，王安，等．長壁開采切頂短壁梁理論及其110工法：第三次礦業科學技術變革［J］．煤炭科技，2017，38（1）：1－9．

［2］何滿潮，陳上元，郭志飚，等．切頂卸壓沿空留巷圍巖結構控制及其工程應用［J］．中國礦業大學學報，2017，46（5）：959－969．

［3］張國華．主動支護下沿空留巷頂板破碎原因分析［J］．煤炭學報，2005，30（4）：429－432．

［4］唐建新，鄧月華，涂興東，等．錨網索聯合支護沿空留巷頂板離層分析［J］．煤炭學報，2010，35（11）：1827－1831．

作者:賈繼寶 單位:山西焦煤汾西礦業（集團）有限責任公司．