“110工法”無煤柱開采技術試驗研究
——以貴州發耳煤礦為例

趙云德

（遵義市播州區工業經濟局，貴州 遵義 563000）

無煤柱開采技術是近年來逐漸發展成熟的煤層切頂卸壓沿空自動成巷無煤柱安全開采技術方法，簡稱“110工法”[1]。這種新的成巷技術方法是2008年何滿潮院士提出“切頂短壁梁”理論，即在采空區側定向爆破切頂，利用礦山壓力，切斷部分頂板的應力傳遞，進而實現自動成巷和無煤柱開采，并逐步形成切頂卸壓自動成巷完整技術工藝[2]。自動成巷方法通過改變傳統長壁開采一面雙巷模式，采用定向預裂切頂留巷技術，將上一區段工作面上順槽維護保留，作為下一區段工作面回采的下順槽，從而實現單面單巷開采。它具有能夠消除鄰近工作面煤體上方應力集中，減小采掘比，提高生產效率，減少資源浪費，避免因煤柱留設造成的煤與瓦斯混合突出、沖擊地壓、煤體自燃等地質災害的發生，屬于一種安全高效經濟科學的開采新技術。

1 工程概況

1.1 工作面位置、周邊關系及開采情況

貴州發耳煤礦位于貴州省六盤水市，井下布置50105工作面作為“110工法”無煤柱開采技術試驗工作面，50105工作面位于五上采區南翼中部，走向長643.5m～654.1m，傾向寬115.6m～175m，平均145.3m，平面積111211.7m2。井下上限標高+916.8m，下限標高+868.8m。50105工作面北側為五采區三條下山，南側為五采區邊界巷，西側1煤層暫無采掘史，東側為50103老空區。

1.2 開采技術條件及煤層賦存特征

50105工作面煤層最大埋深209m，最小埋深147m，一般178m，回采煤層為龍潭組上段的1煤，1煤主要以暗煤為主，亮煤次之，煤層內生裂隙發育，含夾矸1～2層，夾矸平均厚度為0m～0.7m左右，巖性以深灰色泥巖為主。工作面切眼側區域1煤層夾矸厚度大于0.7m，使1煤層分叉。1煤平均厚度為1.91m，總體為北厚南薄，東厚西薄，經計算該采面可采儲量約為32.8萬噸，煤層屬Ⅲ類不易自燃煤層，有爆炸危險性。

2 切頂留巷幾個關鍵技術設計試驗應用

2.1 頂板預裂切縫設計與應用

采用雙向聚能爆破預裂技術，該爆破技術是在對比研究多種聚能爆破和定向爆破方法的基礎上發展起來的一種新型聚能爆破技術，施工工藝簡單，應用時只需要在預裂線上施工炮孔，采用雙向聚能裝置裝藥，并使聚能方向對應于巖體預裂方向[3]。根據以往切頂卸壓沿空留巷經驗，合理預裂切縫深度（H縫）設計一般大于2.5倍采高，即H縫≥2.5H煤；預裂切縫鉆孔深度與采高、頂板下沉量及底臌量有關，一般通過如下方式確定：

H縫=(H煤-ΔH1-ΔH2)/(k-1)

式中：ΔH1：頂板下沉量，m；

ΔH2：底臌量，m；

k：碎脹系數，1.3～1.5；

根據頂板巖性，本設計K為1.4，在不考慮底臌及頂板下沉的情況下，工作面采高H煤為1.91m時，計算得H縫=4.8m。為使細砂巖能夠充分垮落并考慮切縫孔傾斜角度綜合上述計算結果，預裂切縫孔深度設計為H縫=6m。

切縫鉆孔中線距離回采側幫為200mm。鉆孔與鉛垂線夾角為0°，切縫孔間距經現場試驗爆破成縫效果確定。現場試驗時，聚能管安裝于爆破孔內，每孔3根聚能管，第3根聚能管長1000mm，首先采用2+1+1的裝藥方式，但需要根據現場試驗情況具體調整，爆破孔口采用專業設備用炮泥封孔，封孔長度2.0m。

2.2 恒阻大變形錨索設計與應用

為了保證切頂過程和周期來壓期間巷道的穩定性，在對巷道頂板進行預裂切頂前采用恒阻大變形錨索補強加固。因此恒阻錨索長度一般設計為H縫+2.0m，并確保錨固端位于較穩定巖層內，恒阻錨索設計長度8500m（含300mm外露長度）。恒阻大變形錨索共布設3列，第一列恒阻錨索距切縫鉆孔700mm，排距1000mm，錨索沿垂向布設施工；第二列和第三列距離實體煤側分別為2100mm和3700mm，排1600mm，此列錨索垂直頂板施工。恒阻錨索相鄰錨索之間用W鋼帶連接（平行于巷道走向），恒阻大變形錨索直徑取為21.6mm，長度為8500mm，恒阻器長450mm，直徑85mm，恒阻值為32t，預緊力不小于25t。

W鋼帶長寬280mm，長2.4m擴3個孔，托盤規格300mm×300mm× 16mm，中間擴孔直徑100mm±1mm。

2.3 巷道臨時支護設計與應用

隨著工作面繼續推進，當巷道距工作面較遠時，頂板運動基本會趨于穩定，此時可將架后臨時支護的設備撤掉，只進行擋矸支護即可。撤臨時支護設備需要根據現場礦壓監測的數據，等留巷段頂板穩定以后，才可以撤掉臨時支護設備。

結合工作面現有設備條件，采用單體液壓支柱配1.2m鉸接頂梁進行超前支護，運輸巷采用一梁1柱，布置3列，第一列單體距離切縫線200mm，距離回采側400mm，第二列單體距離切縫線1700mm，距離回采側1700mm，其余兩列單體距切縫線間距分別為1500mm和3400mm。幫頂背嚴背實，支護距離不少于30m。超前支護以外巷道的支護出現變形時應及時打點柱支護或加補挑棚處理，棚腿損壞時要及時更換。

2.4 架后臨時支護區設計與應用（架后0-200m）

此段巷道位于工作面超后影響區，采空區頂板巖石垮落會對巷道頂板產生一定的摩擦作用，巷道受動壓影響明顯，頂板壓力較大。因此，在架后0～200m范圍內，頂板需要臨時加強支護。結合礦井生產條件，目前架后臨時支護主要采用單體液壓支柱配合花邊梁進行超后支護。

單體配合3.4m長花邊梁沿垂直巷道方向設4列，主要集中布置于巷道切縫側，同時避開恒阻錨索支護。第一列單體距離切縫線200mm，花邊梁沿巷道走向布置，花邊梁對擋矸U型鋼上端起到防側推作用。第二至第四列按一梁3柱，花邊梁垂直于巷道走向方向布置，第二列單體距離切縫線800mm，其余兩列單體距切縫線間距分別為1500mm和3400mm。為了防止采空區的矸石躥入巷道，同時需要擋矸支護。采用鋼筋網與可伸縮U型鋼進行聯合擋矸支護。可伸縮U型鋼排距500mm，第一列單體與擋矸U型鋼間隔布置，與擋矸金屬網間隔130mm。

2.5 成巷穩定區設計與應用（架后200m之后）

圖1 成巷穩定區支護設計（架后200m之后）

此段巷道受采動影響很小，根據礦壓監觀測結果，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，可將臨時支護單體撤掉，只保留可伸縮U型鋼進行擋矸支護，如圖1 所示。

2.6 防漏風及防滅火設計與應用

為防止漏風現象發生，留巷初期（滯后工作面40m）采取在鋼筋網與可縮U型鋼之外掛設風筒布，高度取3.2m，上下各超出30cm，超出部分分別固定到頂底板，并進行有效封閉。風筒布搭縫處寬度30cm，固定后亦進行封閉處理。

根據瓦斯監測及通風風量監測情況，可確定是否進行碎石幫側噴漿處理。根據以往留巷礦壓觀測統計，架后0～50m區段為頂板運動劇烈階段。在滯后工作面距離大于50m后，圍巖運動減弱，可進行初次噴漿，厚度40mm，待滯后工作面距離為120m時進行復噴，噴漿厚度為60mm。噴漿材料可選用煤礦用快速密閉噴涂材料或者混凝土噴漿材料。混凝土噴漿時，必須清除墻腳的巖渣、堆積物，并對受噴面進行沖洗，然后調節好風水壓和水灰比(水灰比為1：0.5)，先凹后凸的順序噴漿，噴嘴距巖面0.8～1.2m均勻噴射，噴射后以表面光澤，無干斑、下墜為宜。

3 結語

無煤柱開采技術在貴州發耳煤礦試驗應用，重點考慮煤層賦存條件、地質構造、水文地質、頂板巖性等技術參數，對于切頂留巷中頂板預裂切縫、恒阻大變形錨索、巷道臨時支護、架后臨時支護區、成巷穩定區、防漏風及防滅火等幾個重點技術的設計是試驗成功與否的關鍵，通過設計、試驗、應用后，該技術在發耳煤礦取得了成功，對于“110工法”在貴州煤礦采煤工藝推廣應用具有重大參考意義。