大埋深工作面“110”工法開采技術研究與應用

蘇曉軍 黃 彪 類成楠

（福城礦業有限公司，內蒙古 鄂爾多斯 016200）

與福城煤礦原采用的小煤柱沿空送巷相比較，“110”工法無煤柱開采技術工序簡單、工程量小，實現了平行作業，提高了資源回收率，減免了重新打設一條工作面巷道的施工時間和相關費用，緩解了公司生產接續緊張狀況。

1 概況

1906S工作面位于+150水平一采區南翼，走向長1176m，傾斜長185.7～193.6m，平均傾斜長190.3m。工作面以西為1905S采空區，以東、以南為九層煤未開采區域，以北為1906S撤面通道。工作面地面標高在1254.2～1258.8m，工作面標高+325.7～ +417m，工作面埋深約841～932.3m。

工作面開采煤層為9煤和9上煤，9層煤為礦井主要可采煤層，煤層分為上、下分層，其中分層界限為粉砂巖及泥巖，厚0.1～0.4m，平均厚0.21m。煤層上分層厚度平均1.2m，下分層平均厚度2.35m，總體平均厚度3.55m。工作面內煤層傾角21～23.6°，平均傾角22.4°。

煤層偽頂為0.3m的泥巖，直接頂為2.6m厚灰巖，基本頂為12.2m細沙巖；基本底為粉砂巖，平均厚度6.40m。

2 施工方案及工藝

2.1 切頂留巷工藝流程

恒阻大變形錨索和普通錨索對巷道進行加固→施工預裂鉆孔、裝藥、爆破，形成切頂卸壓預裂切縫線→割煤→在1#支架尾梁沿切頂線位置掛設擋矸鋼筋網擋矸→擋矸鋼筋網外側支設擋矸U型鋼及走向戧棚支護→支設一梁四柱傾向棚進行滯后支護→周期來壓頂板穩定后進行噴漿。

2.2 前期補強支護施工方案

1906S工作面運輸巷于工作面回采前已將大變形恒阻錨索及切頂預裂眼施工完畢。

為保證切頂施工及巷道周期來壓、見方期間巷道的支護安全，巷道頂板預裂切頂前，打設三排錨索補強加固支護。錨索垂直頂板打設，共3排：第一排恒阻錨索距巷道上幫500mm，間距1000mm；第二排恒阻錨索位于巷中，間距2000mm；第三排普通錨索距巷道下幫500mm，間距3000mm，支護如圖1所示。為提高切頂后頂板的完整性及整體支護強度，第一排恒阻錨索托W鋼帶打設。

根據切縫及巷道原支護參數，恒阻大變形錨索采用長11300mm×Ф21.8mm錨索，恒阻器：長500mm，外徑79mm，最大允許變形量350mm，恒阻值為30±2t，預緊力不小于25t，托盤規格300mm×300mm×16mm，中間擴孔直徑100mm±1mm。

圖1 恒阻錨索加強支護圖

2.3 預裂切頂施工方案

為降低圍巖松動范圍，保證切頂效果，預裂切頂采用雙向聚能管爆破。將炸藥按照設計的裝藥結構裝在聚能管中，炸藥起爆后，切縫按設定方向張拉斷裂成型。預裂切縫孔深度為11m，切縫孔沿上肩窩仰角20°打設，間距為500mm。

特制聚能管：外徑42mm，內徑36.5mm，管長1500mm；聚能爆破采用二級煤礦許用水膠炸藥，炸藥規格：Φ27×400mm/卷、320g/個卷，爆破孔口采用炮泥封孔。

圖2 1906S工作面運輸順槽切縫布置圖

1906S運輸巷切頂留巷施工主要包括三段：第I段為切眼爆破段，長40m，鉆孔位于切眼副幫與頂板夾角處，仰角20°，切縫深度為11m，切縫孔間距為500mm，裝藥結構設為3-3-3-3-3-2；第Ⅱ段為切頂不留巷段，長80m，此段只進行切頂爆破施工，不進行錨索補強支護施工，切縫孔沿上肩窩仰角20°打設，切縫深度為11m，間距為500mm，裝藥結構設為2-2-1-2-1；第Ⅲ段為切頂留巷段，長1100m，進行切頂爆破和錨索補強施工，切縫孔沿上肩窩仰角20°打設，切縫深度為11m，間距為500mm，裝藥結構設為2-2-1-2-1。

2.4 巷道臨時支護方案

隨工作面推采，巷道受力分布不斷發生變化，根據現場監測數據，將工作面前后巷道劃分為三個區段：超前支護區（超前0～50m），架后臨時支護區（架后0～200m）和成巷穩定區（架后200m之后），根據各區段巷道應力變化，采取相應的支護措施。

（1）超前支護區（超前0～50m）。此段巷道受工作面采動影響，需打設超前支護，超前支護采用單體配走向金屬鉸接頂梁和超前支架聯合支護形式，支護長度為50m。

（2）架后臨時支護區（架后0～200m）。此段巷道位于工作面后部影響區，受動壓影響明顯，巷道頂板及下幫受力大，架后切縫上部頂板下沉垮落，需對架后頂板進行加強支護。同時需要支設擋矸支護，防止采空區竄矸堵塞巷道。

巷內臨時支護采用4000mmπ型鋼梁布設“一梁四柱”，單體迎山角3～4°，第一棵單體與下幫間距500mm，第一棵單體與第二棵單體間距2000mm,第二棵單體與第三棵單體間距1000mm，第三棵單體與第四棵單體間距600mm,單體支護排距600mm，同時采用單體間距為500mm的π型梁棚在切縫側沿走向布設，加強對頂板支護。

可伸縮36#U型鋼采用上下兩節可縮性搭接，單根長3.3m（可根據巷道高度適當調整），采用兩副卡蘭連接，卡蘭上下沿距U型鋼搭接端頭各300mm，中間搭接長度大于1m。36#U型鋼棚埋入底板以下不低于200mm。

（3）成巷穩定區（架后200m之后）。此段巷道受采動影響很小，頂板下沉量及單體受力變化小，該段壓力趨于穩定，可將臨時支護單體撤掉，只保留U型鋼進行擋矸。

2.5 施工技術要求

2.5.1 支設擋矸U型鋼

擋矸U型鋼提前進行焊接加工固定圓鋼（Φ30）、手把等部件，支設時，焊有固定圓鋼的一節U型鋼將圓鋼部分插入爆破后的預裂孔中，底部U型鋼插入機巷地板預留槽中進行固定，卡蘭使用螺栓進行緊固，每組擋矸U型鋼之間采用連板進行連接形成整體。

2.5.2 掛設菱形網、鋼筋網

擋矸U型鋼支設完畢后，進行掛設擋矸鋼筋網，鋼筋網網孔規格為100×100mm，鋼筋網寬度為1000mm，長度根據巷道高度變化進行裁剪，鋼筋網片短邊沿巷道走向方向進行鋪設并與底板相接，短邊與頂部柔性網連接，搭接長度不得低于100mm，并每隔100mm使用雙股12#及以上鐵絲進行綁扎固定。

2.5.3 施工期間補強支護

若沿空留巷內出現頂板明顯下沉時，采用支設井字型木垛進行補強支護，支設密度根據現場情況而定，木材規格為200×200×1500mm方木，所打設木垛垂直于頂底板，保證緊貼頂底板。

圖4 成巷穩定區支護設計示意圖（架后200m之后）

圖5 成巷穩定區支護側視圖（架后200m之后）

2.5.4 工作面采空區內留巷段巷道支護及擋矸措施

（1）為了防止采空區頂板受周期來壓及切縫上部頂板下沉摩擦力影響導致頂板垮落巖石沖入巷道，工作面支架后方200m范圍內采用可伸縮性U型鋼、單體、鋼筋網、菱形網等聯合擋矸支護；支架后方200m以后采用可伸縮性擋矸U型鋼、鋼筋網、菱形網聯合護幫擋矸。

（2）鋼筋網與頂板支護網使用串簧聯網，每孔必聯，鋼筋網與頂板支護網之間重疊不少于100mm。當架后臨時支護達到200m后，撤除超后單體和走向π型鋼棚，并將撤除的支護材料運輸至架后支護段的最前方，重新安裝組成架后臨時支護。同時，在架后200m范圍外可伸縮性擋矸U型鋼等支護保持不變。

（3）為防止漏風，減少工作面風量損失，在鋼筋網與U型鋼之間鋪設風筒布，上下各超出50cm，超出部分固定到頂底板。風筒布搭縫處寬度30cm，固定后進行封閉處理。

（4）巷道穩定后，對垮落不充分的地方進行填充，撤除單體支柱，根據礦壓觀測情況對巷道進行整形、維修等處理，煤層有自燃危險時及時進行噴漿封閉。

2.5.5 注意事項

（1）現場施工時要嚴格按照施工工藝流程及施工方案進行作業。

（2）要確保施工參數與設計參數一致，要確保錨索的預緊力達到設計要求。若遇特殊情況需要局部修改支護，具體支護方案經設計研究小組視現場情況討論后方可實施。

（3）要保證錨索、切縫施工質量。

（4）及時設點進行長期礦壓觀測，若出現異常現象及時匯報。

3 結語

1906S工作面運輸巷切頂卸壓無煤柱自成巷施工期間，嚴格落實前期補強支護和后維護支護措施，控制了頂板下沉量及巷道變形量，保證了留巷效果，按計劃成功完成留巷1100m。沿空留巷后形成的巷道處于卸壓區，避免了受煤柱應力影響，解除了應力疊加威脅，滿足安全生產要求。