大埋深工作面“110”工法开采技术研究与应用

苏晓军 黄 彪 类成楠

（福城矿业有限公司，内蒙古 鄂尔多斯 016200）

与福城煤矿原采用的小煤柱沿空送巷相比较，“110”工法无煤柱开采技术工序简单、工程量小，实现了平行作业，提高了资源回收率，减免了重新打设一条工作面巷道的施工时间和相关费用，缓解了公司生产接续紧张状况。

1 概况

1906S工作面位于+150水平一采区南翼，走向长1176m，倾斜长185.7～193.6m，平均倾斜长190.3m。工作面以西为1905S采空区，以东、以南为九层煤未开采区域，以北为1906S撤面通道。工作面地面标高在1254.2～1258.8m，工作面标高+325.7～ +417m，工作面埋深约841～932.3m。

工作面开采煤层为9煤和9上煤，9层煤为矿井主要可采煤层，煤层分为上、下分层，其中分层界限为粉砂岩及泥岩，厚0.1～0.4m，平均厚0.21m。煤层上分层厚度平均1.2m，下分层平均厚度2.35m，总体平均厚度3.55m。工作面内煤层倾角21～23.6°，平均倾角22.4°。

煤层伪顶为0.3m的泥岩，直接顶为2.6m厚灰岩，基本顶为12.2m细沙岩；基本底为粉砂岩，平均厚度6.40m。

2 施工方案及工艺

2.1 切顶留巷工艺流程

恒阻大变形锚索和普通锚索对巷道进行加固→施工预裂钻孔、装药、爆破，形成切顶卸压预裂切缝线→割煤→在1#支架尾梁沿切顶线位置挂设挡矸钢筋网挡矸→挡矸钢筋网外侧支设挡矸U型钢及走向戗棚支护→支设一梁四柱倾向棚进行滞后支护→周期来压顶板稳定后进行喷浆。

2.2 前期补强支护施工方案

1906S工作面运输巷于工作面回采前已将大变形恒阻锚索及切顶预裂眼施工完毕。

为保证切顶施工及巷道周期来压、见方期间巷道的支护安全，巷道顶板预裂切顶前，打设三排锚索补强加固支护。锚索垂直顶板打设，共3排：第一排恒阻锚索距巷道上帮500mm，间距1000mm；第二排恒阻锚索位于巷中，间距2000mm；第三排普通锚索距巷道下帮500mm，间距3000mm，支护如图1所示。为提高切顶后顶板的完整性及整体支护强度，第一排恒阻锚索托W钢带打设。

根据切缝及巷道原支护参数，恒阻大变形锚索采用长11300mm×Ф21.8mm锚索，恒阻器：长500mm，外径79mm，最大允许变形量350mm，恒阻值为30±2t，预紧力不小于25t，托盘规格300mm×300mm×16mm，中间扩孔直径100mm±1mm。

图1 恒阻锚索加强支护图

2.3 预裂切顶施工方案

为降低围岩松动范围，保证切顶效果，预裂切顶采用双向聚能管爆破。将炸药按照设计的装药结构装在聚能管中，炸药起爆后，切缝按设定方向张拉断裂成型。预裂切缝孔深度为11m，切缝孔沿上肩窝仰角20°打设，间距为500mm。

特制聚能管：外径42mm，内径36.5mm，管长1500mm；聚能爆破采用二级煤矿许用水胶炸药，炸药规格：Φ27×400mm/卷、320g/个卷，爆破孔口采用炮泥封孔。

图2 1906S工作面运输顺槽切缝布置图

1906S运输巷切顶留巷施工主要包括三段：第I段为切眼爆破段，长40m，钻孔位于切眼副帮与顶板夹角处，仰角20°，切缝深度为11m，切缝孔间距为500mm，装药结构设为3-3-3-3-3-2；第Ⅱ段为切顶不留巷段，长80m，此段只进行切顶爆破施工，不进行锚索补强支护施工，切缝孔沿上肩窝仰角20°打设，切缝深度为11m，间距为500mm，装药结构设为2-2-1-2-1；第Ⅲ段为切顶留巷段，长1100m，进行切顶爆破和锚索补强施工，切缝孔沿上肩窝仰角20°打设，切缝深度为11m，间距为500mm，装药结构设为2-2-1-2-1。

2.4 巷道临时支护方案

随工作面推采，巷道受力分布不断发生变化，根据现场监测数据，将工作面前后巷道划分为三个区段：超前支护区（超前0～50m），架后临时支护区（架后0～200m）和成巷稳定区（架后200m之后），根据各区段巷道应力变化，采取相应的支护措施。

（1）超前支护区（超前0～50m）。此段巷道受工作面采动影响，需打设超前支护，超前支护采用单体配走向金属铰接顶梁和超前支架联合支护形式，支护长度为50m。

（2）架后临时支护区（架后0～200m）。此段巷道位于工作面后部影响区，受动压影响明显，巷道顶板及下帮受力大，架后切缝上部顶板下沉垮落，需对架后顶板进行加强支护。同时需要支设挡矸支护，防止采空区窜矸堵塞巷道。

巷内临时支护采用4000mmπ型钢梁布设“一梁四柱”，单体迎山角3～4°，第一棵单体与下帮间距500mm，第一棵单体与第二棵单体间距2000mm,第二棵单体与第三棵单体间距1000mm，第三棵单体与第四棵单体间距600mm,单体支护排距600mm，同时采用单体间距为500mm的π型梁棚在切缝侧沿走向布设，加强对顶板支护。

可伸缩36#U型钢采用上下两节可缩性搭接，单根长3.3m（可根据巷道高度适当调整），采用两副卡兰连接，卡兰上下沿距U型钢搭接端头各300mm，中间搭接长度大于1m。36#U型钢棚埋入底板以下不低于200mm。

（3）成巷稳定区（架后200m之后）。此段巷道受采动影响很小，顶板下沉量及单体受力变化小，该段压力趋于稳定，可将临时支护单体撤掉，只保留U型钢进行挡矸。

2.5 施工技术要求

2.5.1 支设挡矸U型钢

挡矸U型钢提前进行焊接加工固定圆钢（Φ30）、手把等部件，支设时，焊有固定圆钢的一节U型钢将圆钢部分插入爆破后的预裂孔中，底部U型钢插入机巷地板预留槽中进行固定，卡兰使用螺栓进行紧固，每组挡矸U型钢之间采用连板进行连接形成整体。

2.5.2 挂设菱形网、钢筋网

挡矸U型钢支设完毕后，进行挂设挡矸钢筋网，钢筋网网孔规格为100×100mm，钢筋网宽度为1000mm，长度根据巷道高度变化进行裁剪，钢筋网片短边沿巷道走向方向进行铺设并与底板相接，短边与顶部柔性网连接，搭接长度不得低于100mm，并每隔100mm使用双股12#及以上铁丝进行绑扎固定。

2.5.3 施工期间补强支护

若沿空留巷内出现顶板明显下沉时，采用支设井字型木垛进行补强支护，支设密度根据现场情况而定，木材规格为200×200×1500mm方木，所打设木垛垂直于顶底板，保证紧贴顶底板。

图4 成巷稳定区支护设计示意图（架后200m之后）

图5 成巷稳定区支护侧视图（架后200m之后）

2.5.4 工作面采空区内留巷段巷道支护及挡矸措施

（1）为了防止采空区顶板受周期来压及切缝上部顶板下沉摩擦力影响导致顶板垮落岩石冲入巷道，工作面支架后方200m范围内采用可伸缩性U型钢、单体、钢筋网、菱形网等联合挡矸支护；支架后方200m以后采用可伸缩性挡矸U型钢、钢筋网、菱形网联合护帮挡矸。

（2）钢筋网与顶板支护网使用串簧联网，每孔必联，钢筋网与顶板支护网之间重叠不少于100mm。当架后临时支护达到200m后，撤除超后单体和走向π型钢棚，并将撤除的支护材料运输至架后支护段的最前方，重新安装组成架后临时支护。同时，在架后200m范围外可伸缩性挡矸U型钢等支护保持不变。

（3）为防止漏风，减少工作面风量损失，在钢筋网与U型钢之间铺设风筒布，上下各超出50cm，超出部分固定到顶底板。风筒布搭缝处宽度30cm，固定后进行封闭处理。

（4）巷道稳定后，对垮落不充分的地方进行填充，撤除单体支柱，根据矿压观测情况对巷道进行整形、维修等处理，煤层有自燃危险时及时进行喷浆封闭。

2.5.5 注意事项

（1）现场施工时要严格按照施工工艺流程及施工方案进行作业。

（2）要确保施工参数与设计参数一致，要确保锚索的预紧力达到设计要求。若遇特殊情况需要局部修改支护，具体支护方案经设计研究小组视现场情况讨论后方可实施。

（3）要保证锚索、切缝施工质量。

（4）及时设点进行长期矿压观测，若出现异常现象及时汇报。

3 结语

1906S工作面运输巷切顶卸压无煤柱自成巷施工期间，严格落实前期补强支护和后维护支护措施，控制了顶板下沉量及巷道变形量，保证了留巷效果，按计划成功完成留巷1100m。沿空留巷后形成的巷道处于卸压区，避免了受煤柱应力影响，解除了应力叠加威胁，满足安全生产要求。