安山煤礦“110 工法”采煤工藝設計與應用

羅南洪

（陜西涌鑫礦業有限責任公司安山煤礦，陜西 榆林 719407）

1 工作面概況

安山煤礦位于府谷縣廟溝門鎮。現回采125220工作面，切眼長度270.5 m，順槽走向長度930 m，實際采長為864 m，煤層厚度為1.5～2.0 m，通過鉆孔資料及順槽揭露情況，平均厚度1.7 m。125220膠運順槽為切頂卸壓無煤柱自成巷試驗巷道[1-3]，設計留巷長度871 m。留巷巷道直接頂為泥質粉砂巖、中粒砂巖，平均厚度4.8 m；基本頂為中粒砂巖、泥質粉砂巖及風化基巖，厚度為0.65～13.1 m，平均厚度為6.88 m。

2 “110 工法”關鍵技術設計方案

2.1 巷道支護設計

留巷巷道設計寬5.4 m，高2.9 m，錨網索梁聯合支護。頂部錨桿采用Φ20 mm×2200 mm 左旋螺紋鋼錨桿，間排距1100 mm×1000 mm；幫部采用Φ20 mm×1800 mm 玻璃鋼錨桿，間排距為1000 mm×1500 mm。每根錨桿使用一支CK2360樹脂錨固劑。一次開采側為Ф21.6 mm×8000 mm的鋼絞線錨索，錨索排距1000 mm，每根錨索使用三支CK2360 樹脂錨固劑，一次開采側外加BHW-3400-250 型鋼帶聯合支護；二次開采側為Ф17.8 mm×6000 mm 的鋼絞線錨索，錨索間、排距1300 mm×2000 mm，呈矩形布置，使用兩支CK2360 樹脂錨固劑。錨桿錨固力不小于50 kN，錨索錨固力不低于200 kN，預緊力不低于100 kN。

2.2 頂板預裂切縫設計

為使垮落的頂板矸石完全充滿采空區，切頂高度可按公式（1）計算：

式中：HF為切頂高度，m；HC為采高，取2 m；ΔH1為頂板下沉量，取0.1 m；ΔH2為底鼓量，取0.1 m；K為碎脹系數，取1.23。經計算可得HF=7.8 m，取切頂高度8 m。

125220 膠運順槽沿切頂線間隔600 mm，距幫100 mm 布置切縫孔，角度70°，孔深為8000 mm。采用孔底不耦合間隔裝藥，裝藥結構為“4-3-3-3-2”，采用雙向聚能定向斷裂爆破。炮孔長度為8 m，切縫管裝藥總長度5 m，炮泥封孔長度3 m。炸藥選用煤礦許用乳化炸藥，單孔裝藥量3.0 kg。切縫參數、炮孔布置及裝藥結構如圖1～圖3。

圖1 膠運順槽頂板預裂切縫參數設計圖（mm）

圖2 炮孔布置圖（mm）

圖3 聚能藥包定向斷裂炮孔裝藥結構（m）

2.3 留巷支護設計

2.3.1 后巷臨時支護區設計

在工作面支架后巷臨時支護區0～200 m 范圍內采用長為4.2 mπ 型鋼梁配合ZQ4000/20.6/45 型切頂護幫支架進行動壓臨時加強支護。靠采空區側為切頂護幫支架，靠煤壁側為DW31.5-200/100x 單體液壓支柱，棚梁為π 型鋼梁，棚距為1200 mm，使用單體時一梁兩柱，頂板穩定后根據現場情況合理回撤切頂護幫支架。

2.3.2 后巷穩定區支護設計

后巷穩定區支護設計主要考慮懸露直接頂作用在巷旁支護物上的力，按直接頂懸露5.3 m 考慮，初步設計支柱間距0.6 m，每根支柱的工作阻力按250 kN 考慮，U 型鋼支護力按100 kN，支護力按150 kN 計算，在走向1.0 m 范圍內采空區懸露直接頂轉移到巷旁的載荷是：

P=1.0×5.3×4.8×25=636 kN

在走向1.0 m 范圍內，穩定區支護為單體柱+擋矸U 型鋼，巷旁支護阻力為：

R=150+250/0.6+100/0.4=816.67 kN

R＞P，R/P=1.28，說明穩定區支護強度能夠滿足直接頂懸頂載荷。

距工作面200 m 范圍之外，如頂板無明顯變形，巷道無明顯承壓情況，將切頂護幫支架交替前移，改用DW31.5-400/110X（M）型單體支柱進行支護。單體支柱間距為0.6 m。工作面正常推采期間，在每個端頭支架頂部鋪設8 塊180 mm×250 mm×800 mm 聚乙烯高分子材料，確保錨索完好。

為保證端頭留巷效果，減小沿空留巷起點處頂板壓力，避免巷道圍巖移動變形過大，在125220工作面推采通過切眼時，在切眼口巷幫區域進行補強支護，采用木垛+木點柱+聯合29U 型鋼+磚墻+混凝土擋墻聯合支護，確保后期留巷效果。如圖4。

圖4 留巷段支護圖（m）

2.4 擋矸支護設計

工作面回采后，采空區頂板開始垮落，為了避免垮落矸石竄入巷道，架后臨時支護區采用“擋矸板+金屬網+U 型鋼”支護方式進行擋矸支護。用0.2 m×8 m×2 m 擋矸板進行臨時擋矸，同1#端頭支架固定，擋矸距離約8 m。擋矸U 型鋼采用29U型鋼，在切頂鋼帶處每隔400 mm 設置一組，每組用兩根2.2 m 長的29U 型鋼搭接，搭接長度1.7 m。在距離壓茬口兩端100 mm 處各布置卡子一個，扭矩為150 kN·m。

2.5 礦壓監測設計

為確保“110 工法”應用順利，需對留巷段進行礦壓監測，巷道監測長度871 m，布置11 個斷面監測。0～200 m，間隔30 m 布置一組測站，采用圍巖移動傳感器對頂板位移進行監測；0～200 m，間隔30 m 布置一組測站，安裝礦用本安型錨桿（索）應力傳感器對錨桿、錨索受力進行監測；0～200 m，間隔50 m 布置一組測站，采用本安型數字壓力計監測切頂護幫支架阻力；200～871 m，間隔70 m 布置一組測站，采用圍巖移動傳感器對頂板位移進行監測；200～871 m，間隔70 m 布置一組測站，安裝礦用本安型錨桿（索）應力傳感器對錨桿、錨索受力進行監測；200～871 m，間隔70 m 布置一組測站，安裝礦壓本安型數字壓力計對單體進行監測。

2.6 “防滅火”設計

在回風兼輔運順槽和膠運順槽均布置一趟束管，從切眼開始，每推采70 m，在架前底板掏槽埋入束管，液壓支架前移后，壓入采空區，束管至少延伸至采空區120 m（約到工作面95 架）的位置。將該束管與膠運順槽束管三通相連，用于采空區自然發火的預測預報工作。

采空區封閉采用噴漿+噴涂高分子材料的方式，一次噴厚30～50 mm，隨留隨噴；二次噴厚30～50 mm，在ZQ4000/20.6/45 切頂護幫支架拆除后進行，封閉采空區應力分布過程中產生的一次噴涂裂隙，防止采空區漏風。

3 現場經驗及做法

（1）切頂爆破技術

通過多次試驗、提煉總結，凝練了“4-3-3-3-2”不耦合裝藥結構的爆破工藝，每個切縫孔裝藥3 kg，工作面采空區隨采隨落，切頂爆破整體效果最佳[2-3]。

（2）保護錨索裝置

在端頭支架頂部安設高分子聚乙烯墊塊保護錨索，墊塊具有防變形應力大于25 MPa 的優點，解決了工作面在回采期間端頭支架頂梁存在帶壓接觸并損壞錨索支護的問題，起到了保護巷道錨索作用。

（3）自制擋矸裝置

在端頭支架側采用5 個穿銷焊接固定整塊擋矸板，具有移動便利、擋矸效果優、留巷幫部成線型好等優點。

（4）擋矸網設計

留巷擋矸網采用Φ3.5 mm 菱形鐵絲網+不銹鋼篩網（網目5×5 mm）+Φ6 mm 鋼筋網進行聯合擋矸，在菱形鐵絲網與篩網之間鋪設廢舊風筒布，保障留巷擋矸的前提下，減少后巷采空區漏風，降低噴涂材料的使用。

（5）切眼大斷面特殊支護

在125220 工作面推采通過切眼時，及時在切眼口巷幫區域進行補強支護，采用木垛（規格為150 mm×150 mm×1200 mm 道木，每層道木8 根，累計施工木垛6 壘）+木點柱（聯合29U 型鋼）+磚墻（7000 mm×2700 mm×500 mm）+混凝土擋墻（7000 mm×2700 mm×1000 mm）聯合支護的方式進行，以確保留巷效果。

（6）臨時支護持續優化

工作面初采初放期間，采用雙排切頂護幫支架配合π 型梁進行支護，雙排切頂護幫支架分列巷道兩幫，直線布置。初采初放結束后，根據巷道壓力情況更改為單排切頂護幫支架+單體液壓支柱+π 型梁進行支護，有效控制頂板下沉量。

（7）后巷監測技術

留巷段采用KJ24 煤礦頂板與沖擊地壓監測系統，通過對切頂護幫支架初撐力，錨桿、錨索受力，頂板不動點（9.5 m）、深基點（8 m）、淺基點（2.5 m）離層量實時監測，對數據進行分析，科學指導切頂卸壓留巷技術，為工作面安全生產提供技術依據。

4 應用效果及經濟效益

根據設計方案，對125220工作面實施“110工法”采煤工藝，按計劃布置工作面。留巷整體效果較佳，未出現頂板冒落情況，幫部相對比較平直，整個留巷段有2 處頂板下沉量達到300～400 mm，在對該段進行補強支護后，不影響正常使用。該工作面應用“110 工法”采煤工藝，可回收面間煤柱約3 萬t，經濟效益達280 萬元；減少一條回采巷道掘進，按照4400 元/米掘巷成本計算，可節約掘巷成本409萬元。

125220 工作面采用“110 工法”切頂卸壓無煤柱自成巷開采技術，留巷長度871 m，延米投資預算0.41 萬元，留巷成本約357 萬元，回收煤柱產生效益約280 萬元，節約掘巷產生效益約409 萬元，最終產生經濟效益332 萬元。

5 結論

（1）切頂卸壓無煤柱自成巷“110 工法”通過技術變革削弱了回采巷道圍巖應力集中，減少了回采巷道掘進，節約了巷道掘進成本，解放了工作面間的護巷煤柱，提高了采煤工作面資源回收率。安山煤礦可采資源儲量有限，該礦井全面實施“110工法”切頂卸壓自動成巷無煤柱開采技術后，對提高該礦井資源回收率、延長礦井服務年限、減少回采巷道掘進量、降低煤炭開采成本等具有重大意義。

（2）125220 工作面“110 工法”應用理論成熟，技術可行，安全可靠，經濟效益明顯，具備應用“110 工法”開采的條件。根據類似開采技術條件分析，安山煤礦在一水平二盤區5-2 煤層具備推廣應用“110 工法”的條件。