回風立眼在“110”工法中的研究與應用

杜留群

(義煤集團 新義礦業有限公司，河南 新安 471800)

煤炭資源開采至今，我國大部分煤礦企業都存在資源緊張的問題，特別是在采煤工藝較為落后的礦井，采用留設區段煤柱采煤工藝的工作面使得緊張的煤炭資源更加浪費，且隨著開采深度的增加，留設區段煤柱的工作面將面臨應力集中的影響，從而導致巷道圍巖破碎變形、礦壓增大，甚至出現瓦斯突出事故，對礦井安全高效生產造成威脅。為了解決上述問題，沿空留巷技術被廣泛應用于各個礦井[1-5]。沿空留巷技術是將采空區巷道進行支護保留，將保留巷道用于臨近工作面的開采，這樣不僅可以節省巷道掘進的生產成本和時間成本，緩解礦井的接替壓力，還能避免留設大量煤柱造成煤炭資源的浪費[6]。

由于二2-11031工作面屬于保護層開采，當采用U型通風回采期間，瓦斯涌出量增加，不能僅靠風排來控制回風流中瓦斯濃度。孟津煤礦11031采煤工作面在11031膠帶巷端頭施工回風立眼并留巷，可將工作面通風系統變為“Y”型通風，形成“兩進一回”的工作面通風系統。孟津煤礦并且在11031膠帶巷進行切頂泄壓沿空留巷工程：①將11031軌道巷變為進風巷，回風流中瓦斯被沖淡，可有效防止工作面回采期間瓦斯超限的隱患；②工作面上下端頭均處于進風流中，改善了職工的作業環境[7]；③實行沿空留巷，多回收1個工作面保護煤柱，可提高采區回收率。

1 工作面概況

二2-11031工作面位于井田東翼11采區，主采煤層二疊系下統山西組二2煤層。二2-11031工作面北臨12090工作面(未采)，南接東翼膠帶運輸大巷，東、西兩側均為未開采區域。二2-11031工作面對應地表為丘陵地帶，溝壑縱橫。采深651～725 m。工作面沿煤層傾向布置，走向設計煤壁凈長141 m、工作面可采長度830 m，可采儲量32萬t，總面積11 703 m2。工作面平面布置圖如圖1所示。

圖1 工作面平面布置(mm)

為改善二2-11031工作面生產時候的通風環境和解決留巷段的通風問題，孟津煤礦在11031膠帶巷末端右側硐室向下施工回風立眼，回風立眼上口位于二2-11031工作面膠帶巷末端右側絞車硐室內，下口連接11030工作面切眼底抽巷。回風立眼長32 m，中間需貫穿二1煤，見圖2。

圖2 二2-11031工作面回風立眼剖面圖(mm)

2 項目瓦斯地質及加固方案

2.1 瓦斯地質概況

2.1.1 瓦斯基本情況

二2-11031膠帶巷回風立眼位于11030工作面切眼底抽巷與二2-11031膠帶巷投影交叉位置，附近區域測得二1煤層原始瓦斯含量為2.86～15.97 m3/t。煤體堅固性系數f在0.12～0.46，瓦斯放散初速度ΔP在10.5～24.0之間，確定二1煤為突出煤層。預測回風立眼揭二1煤區域具有較大的突出危險性。

2.1.2 地質概況

二2-11031工作面煤厚0.3～2.4 m，平均1.4 m，煤層傾角一般為3～6°。二2煤層直接頂為灰黑色泥巖或深灰色砂質泥巖，少量為細粒砂巖或中粒砂巖，直接底為灰黑色砂質泥巖，老底為大占砂巖，比較穩定，巖性堅硬，具有較大的抗壓、抗拉、抗剪強度，工程地質條件良好。

2.2 技術難點

2.2.1 頂底板加固方式

施工前預先加固立眼上、下口前后大于20 m范圍巷道頂板，采用中空注漿錨索進行加固，錨索D22 mm×L6 000 mm，并在下口打設D113 mm鉆孔進行下套管注漿。

在立眼下口前后20 m范圍巷道頂板打設注漿錨索8排，共計24根，注漿量1.2 m3；立眼上口頂板打設注漿錨索24根，注漿量1.4 m3。在立眼下口附近打D113 mm鉆孔進行下套管注漿，施工1個中心孔和3圈周邊孔，共計施工13個鉆孔，注漿量8.7 m3。通過足夠的注漿量，把立眼周圍附近5 m的巖體筑牢、筑實，為回風立眼的施工和后期使用提供安全保障。

2.2.2 項目難點

利用短探+短掘，精準控制煤巖層位，確保與二1煤層頂板法向距離不小于2 m。防止因誤揭煤層構造而導致瓦斯突出的事故。

3 項目特點及應用

3.1 項目的重要性

1) 孟津煤礦在工作面端頭施工回風眼并留巷可將工作面通風系統變為“Y”型通風，形成“兩進一回”的通風系統。

2) 11031工作面膠帶巷進行切頂留巷工程，11031膠帶巷既是11031工作面的膠帶巷，又是11051工作面的軌道巷，一條巷道為兩個采煤工作面服務。當11031工作面回采時，回風立眼將擔負起11031工作面膠帶巷切頂留巷成巷段的回風任務，同時取消采煤期間下端頭采空區垛煤袋墻、插管抽放的勞動環節；提高2.1%資源的回采率；11031工作面的回采為保護層開采，掩護下分層的11030工作面回采，11031膠帶巷切頂留巷工程，最大程度地釋放了被保護層的11030工作面瓦斯。

3.2 切頂留巷的效益分析

2008年何滿潮院士提出了“切頂短臂梁”理論，即在采空區側定向切頂，切斷部分頂板的礦山壓力傳遞，形成切頂卸壓無煤柱開采，實現長壁開采“110”工法(回采1個工作面，只需掘進1條巷道，保留0個煤柱，實現工作面間無煤柱開采)，現已多家煤礦推廣使用。孟津煤礦現已在11031工作面膠帶巷進行切頂留巷工程。

1) 安全效益。減弱了回采期間周期來壓、應力集中，避免了掘進期間瓦斯超限突出、老空積水透水等風險，改善和提高了礦井抗災能力；同時11051工作面形成時間預計縮短6個月，有效緩解礦井三量緊張問題，消除接替失調重大隱患，礦井逐步實現“一井一面一煤巷”的安全高效生產布局。

2) 經濟效益。工作面可少掘1條煤巷，減少掘進量830 m，節約掘進成本9 200元/m(留巷成本3 100元/m)；不再留設沿空掘進護巷煤柱，多回收原煤0.51萬t，直接創造經濟效益1 015.2萬元(折合1.22萬元/m)。

3) 管理效益。實現無煤柱開采，提高了資源回收率，延長了礦井服務年限，并降低了萬噸掘進率，減少了掘進隊伍，實現了采掘作業崗位整合，提高原煤工效，降低了礦井開采成本，為“推廣應用三沿技術、推進一優三減四化建設、實現安全高效綠色開采”奠定了基礎。

4 項目施工方法及順序

4.1 反井鉆機施工導向孔和擴孔

為提高立眼的施工速度，降低勞動強度，本次施工回風立眼采用ZFY1.5/40/250型煤礦用反井鉆機施工。首先在立眼上口巷道內安裝反井鉆機，由上而下先鉆進一個直徑為244 mm的導向孔至回風立眼下出口(11030工作面切眼底抽巷的頂板)；再安裝擴孔器由下向上擴大至1.2 m的鉆孔，作為回風立眼掘進時的溜矸、通風及排水使用，解決了回風立眼在擴刷工程中的通風、排水和出矸難的問題。

反井鉆機施工主要分4個階段：準備階段、導孔階段、擴孔階段和收尾階段，具體工序見圖3。

圖3 反井鉆機工藝示意

4.2 人工擴刷及安全防護

人工擴刷回風立眼，由直徑1.2 m擴刷至4 m。采用光面爆破法由上向下逐段施工立眼，掘進采用“錨網索噴”的支護工藝，對立眼進行擴刷。

擴刷期間矸石通過鉆孔溜至11030工作面切眼底抽巷的40TX溜子上，再經過膠帶輸送機運至大巷裝噸車升井。回風立眼正常掘進施工時立眼上口安裝封口盤，封口盤由30道軌做骨架，鋼軌之間采用直徑20 mm的鋼筋連接，上鋪50 mm厚的木板。封口盤要預留0.8 m×0.8 m軟梯通道，預留D1 500 mm的下吊桶通道，通道處用角鐵設計推拉門，下人、下料時打開，不下時及時關閉，推拉門三側需設置欄桿，見圖4。

圖4 回風立眼上口封口盤俯視圖(mm)

5 結 語

1) 本次采用ZFY1.5/40/250型煤礦用反井鉆機和人工擴刷進行施工，共計施工12 d。導孔、擴孔和人工擴刷的過程中安全、高效、準確，在回風立眼的施工中體現了優越性和快速機械化。

2) 目前孟津煤礦回風立眼已經施工完畢，二2-11031工作面已經進行回采30 m，11031膠帶巷切頂卸壓沿空留巷工程，目前二2-11031工作面膠帶巷進風量為433 m3/min，軌道巷進風量為1 222 m3/min，回風立眼回風量為1 763 m3/min，瓦斯濃度保持在0.2%以下，保證了二2-11031工作面的安全高效穩產。

3) 孟津煤礦回風立眼施工過程中使用反井鉆井的成功運用，為豫西復雜地質條件下的回風立眼、暗斜井、溜矸眼施工指明了方向，降低了生產成本。同時，也為其他礦井類似條件下的施工積累了經驗。