瑞能煤业“110工法”工作面管理重点及实践

何文帅，颜少波，田超超，魏勇强

(1.西安科技大学，陕西 西安 710054；2.陕西瑞能煤业有限责任公司，陕西 延安 727307)

0 引言

近年来，被称为矿业界第3次技术革命的“110工法”采煤工艺技术已在陕西、四川、黑龙江、山西、河南等省的多家煤矿推广应用[1-3]。“110工法”以切顶短臂梁理论为指导，采用恒阻锚索对巷道顶板加强支护，通过切顶卸压自动形成一条回采巷道，把采煤与掘进统一起来，做到回采一个工作面只需掘进一条回采巷道，将传统的一面双巷变成一面单巷，取消了区段煤柱，实现了无煤柱开采。该技术有效解决了煤炭工业长期面临的“安全、资源回收和开采成本”3个突出瓶颈问题，实现了采区内无顺槽掘进、无煤柱的采留一体化和连续安全生产[4-6]。新技术的应用必然带着自身利弊，对传统技术提出了挑战的同时提出了一些新颖的理论。从“121”传统采煤法到“110工法”甚至到“N00工法”的应用，对新建、在建矿井的盘区设计、巷道布置等具有较大影响，随着矿业装备技术水平日益变化，综采工作面的管理重点、难点随之发生变化。

瑞能煤业公司成功实施“110工法”，在降低成本、提高资源回收率等方面取得了明显的效果。通过对“121工法”“110工法”下综采工作面管理差异进行对比分析，明确“110工法”综采工作面管理的重点，以期为相似条件下综采工作面管理提供一些参考经验。

1 工程概况

现开采盘区为121盘区，该盘区布置1个综采工作面和0个掘进工作面，采用长壁后退式综合机械化采煤工艺和全部垮落法的顶板管理方式；井田内唯一可采煤层为2号煤层，矿井煤层厚度一般在1.0～2.0 m。老顶以块状灰白色中-细粒岩屑石英砂岩为主，俗称“七里镇砂岩”，有时相变为粉细砂岩互层或粉砂岩，岩性较坚硬，厚层状，不易垮落，全区分布，层位稳定，厚度0.9～28.00 m，一般3～12 m。直接顶岩性变化较大，以黑色泥岩为主，局部为粉砂岩或细粒砂岩，呈厚层状，有时与煤层直接接触，厚度0.7～20.6 m不等，一般9 m左右，为不稳定、易冒落顶板。伪顶主要为薄层状泥质粉砂岩或砂质泥岩，个别钻孔显示为碳质泥岩，厚度均在0.5 m以下，有时与直接顶板在岩性上不易区分，但以其薄层状及随采随落为特征。矿井地质构造简单，水文地质类型为中等类型。

2017年之前，121盘区采用“121工法”布置综采工作面，每回采1个采煤工作面，需掘进2条回采巷道、留设1个区段煤柱。2014年7月至2017年6月，完成了105、107、106、108综采工作面回采工作。2017年6月，瑞能煤业率先在黄陇矿区采用“110工法”布置综采工作面，即回采1个工作面，只需掘进1条顺槽，保留0个煤柱，在该盘区布置了117、115、113、111、109综采工作面。2017年6月至2020年4月，瑞能煤业采用“110工法”布置综采工作面并完成了117、115、113综采工作面回采工作，累计完成留巷3 000 m以上。

2 两种工法下综采工作面差异对比

2.1 综采工作面巷道布置

传统“121工法”下综采工作面巷道布置方式包括单巷布置、双巷布置，其共同特点是区段间留设保护煤柱。“110工法”下首个综采工作面形成需3条巷道，即2条进风巷道、1条回风巷道，无区段保护煤柱，从第2个工作面起只需掘进1条顺槽即可形成1个综采工作面[7-9]。按照巷道的用途，2种工法下综采工作面的巷道用途区别较大。巷道布置如图1、2所示。2种工法对工作面布置方式及后续采掘接续影响较大。采用“110工法”进行工作面布置可有效降低巷道掘进量，有效缓解采掘接续紧张，同时消除了工作面保护煤柱，提升了矿井资源回收率，增加了经济效益。

图1 综采工作面巷道布置Fig.1 Roadway layout of fully mechanized mining face

图2 “110工法”综采工作面巷道布置Fig.2 Roadway layout of fully mechanized mining face with “110 construction method”

2.2 采煤工序差异

由于煤层的自然条件和采用的机械不同，完成回采工作各工序的方法也就不同，并且在进行的顺序、时间和空间上必须有规律地加以安排和配合。这种在采煤工作面内按照一定顺序完成各项工序的方法及其配合，称为采煤工艺。矿井121盘区布置工作面均为综采工作面，工艺为采煤机双滚筒落煤、装煤、刮板输送机运煤、液压支架支护顶板。

“110工法”下综采工作面在回采前需对留设巷道进行恒阻大变形锚索施工、定向预裂爆破施工，回采过程中需对支架后方进行挡矸支护、工作面后方巷道进行临时支护，随着工作面的推进须对工作面后方150 m外的临时支护进行拆除直至回采结束。可知，2种工法采煤工序最大区别在于“110工法”。综采工作面在推采过程中需提前施工恒阻大变形锚索、定向预裂爆破、留巷挡矸支护、巷中临时支护及拆除留巷段临时支护。“110工法”综采工作面必须确保留设巷道能够满足下个工作面的通风、运料、行人需要。“121工法”综采工作面只需沿回采方向推进即可。因此，“110工法”工作面现场管理的重点在于恒阻大变形锚索支护施工、定向预裂爆破施工、工作面后方挡矸支护及临时支护。

2.3 瓦斯管理差异

“121工法”综采工作面采用“U”型通风，随着工作面的推进，工作面后方为采空区，采空区顶板垮落后充填采空区，工作面向采空区漏风点为上下隅角、工作面。工作面采用上行通风，工作面瓦斯容易积聚点为工作面上隅角。日常瓦斯管理的重点为工作面上隅角。

“110工法”综采工作面采用“Y”型通风，即两进一回，有利于稀释工作面及两顺槽瓦斯，工作面无“上下隅角”，瓦斯容易由积聚点转移至备采工作面切眼，瓦斯管理的重点转移至备采工作面切眼[10-12]。由于留巷过程中对挡矸侧只进行挡矸支护未做漏风处理，回风流中向采空区漏风增加，增加了采空区防灭火管理难度。经现场实测，工作面留巷初期至留巷结束，工作面留巷段向采空区漏风率由40%下降至15%。

“110工法”综采工作面现场瓦斯管理较“121工法”综采工作面增加了留巷段瓦斯管理内容，特别是下一个工作面切眼瓦斯管理。同时，需加强工作面后方漏风管理，采取喷浆等方式对挡矸侧进行处理，减少向采空区漏风，防止采空区煤层自燃。

2.4 采场应力差异

“121工法”下采煤工作面前方煤壁端几乎支承着采煤工作空间上方断裂带及其上覆岩层大部分重量，即工作面前方支承压力远比工作面后方支承压力大；采煤工作面煤壁及采空区垮落带是随工作面不断推进，随时间向前移动的，因而工作面前后方支承压力带也随时间向前移动。在该工法下，综采工作面前方受到移动支承压力的影响，需加强超前30 m范围内支护管理，采场应力集中区始终分布在超前工作面30 m范围内，并在5～15 m达到应力最大值，工作面推采过程中只需加强超前应力场范围内的顶板支护即可。“110工法”下采煤工作面后方需要留设巷道，采煤工作面后方支承压力会重新分布在巷道两侧，部分向底板传递，应力场的分布范围较“121工法”采煤工作面相对较大。

3 “110工法”工作面管理重点

3.1 恒阻大变形支护质量管理

瑞能煤业自2017年6月实施“110工法”以来，实现了综采工作面从“121工法”到“110工法”的转变，综采工序由采煤机双滚筒落煤、装煤、刮板输送机运煤、液压支架支护顶板、采空区处理演变为回采前对某条顺槽进行恒阻大变形支护、预裂切缝孔施工、采煤机双滚筒落煤、装煤、刮板输送机运煤、液压支架支护顶板、采空区处理、后巷支护、成巷。采煤方法是采煤系统及采煤工艺的综合及其在空间、时间上的相互配合。“110工法”下的工作面采煤系统及采煤工艺在空间、时间上的相互配合已与综采不同。“110工法”工作面管理重点在于恒阻大变形锚索施工质量管理。一是严格按照恒阻大变形锚索设计进行现场施工，间排距符合设计规定，预紧值一次达25 t。二是加强定向预裂爆破后恒阻大变形锚索二次紧固。对因预裂爆破施工后造成恒阻大变形锚索锚固力不足进行二次紧固；对失效恒阻锚索进行补打。三是加强留巷期间恒阻大变形锚索检查，对损坏锚索进行及时补打。

3.2 加强预裂爆破管理

定向预裂爆破效果一定程度上决定了成巷质量，施工过程中根据切缝率进行最优装药选择。一是严格按照设计规范及爆破相关管理规定进行现场爆破施工，尤其加强封泥质量管理，现场施工表明,封泥质量较高的预裂孔爆破后顶板能够有效形成预裂切缝线，与留巷质量直接相关。二是进行多次试验确定最优装药结构，爆破结束后采用钻孔窥视仪进行窥视，根据切缝长度占比预裂孔深度进行对比，选择切缝率最高的装药结构进行施工。三是加强爆破物品管理。随着国家对民爆物品管理重视程度的提高，煤矿企业必须进一步规范领用、使用民爆物品，严格执行《煤矿安全规程》中爆破管理相关规定。

3.3 加强专业队伍培养

人员素质管理，尤其是实施留巷过程的职工管理。在实施“110工法”前期，瑞能煤业公司委托外委队伍进行留巷施工，而正常的回采工作则由本矿综采队负责，主要原因是无相关施工经验的队伍及工种。2017年6月至12月，该矿在做好回采劳动组织管理的同时，安排综采队部分职工跟随外委队伍进行操作学习，学习内容包括：恒阻锚索施工、预裂爆破施工及巷旁侧挡矸支护施工。2018年1月至今，瑞能煤业实施“110工法”完成了117、115、113综采工作面的留巷及回采工作，其中留巷工作全部由前期留巷培训职工完成。综采队已将工作面回采及留巷工序在时间、空间上完美融合，且留巷效果日益提高，如图3所示。先后有多家单位前来对标学习，留巷效果得到广泛好评。

图3 留巷效果对比Fig.3 Comparison of roadway retaining effect

3.4 成巷维护管理

3.4.1 加强后巷维护管理

工作面后方受周期来压影响，留巷段顶板、底板受到压力多次影响，尤其在工作面后方150 m范围内，表现为巷道底鼓严重。当工作面推过150 m后，需进行成巷回撤后巷临时支护单体后，巷道压力重新进行分布，表现为巷道底鼓、顶板恒阻锚索受压增加。因此，需定期对后巷底板进行拉底，经常检查顶板支护情况，确保巷道断面尺寸满足行人、运输、通风要求。

3.4.2 加强文明生产管理

工作面底板主要为一套灰色团块状粉砂质泥岩，有时含粉砂质、硅质、钙质、菱铁矿鲕粒，顶部含植物根系化石，俗称“根土岩”，呈团块状结构，遇水膨胀，易发生底鼓，厚度一般0.38～5 m，工作面底板一般1～2 m，在施工恒阻锚索、切缝孔过程中必须对废水进行收集。

4 结论

(1)“110工法”下应加强现场劳动组织管理，认真理顺各工序之间在时间、空间上的相互配合，合理分配各工序作业人员数量，优化人力资源在综采工作面的配置，发挥最大劳动效率，提升综采工效。

(2)加强职工教育、安全操作培训。通过安全生产教育提升职工安全素养，提高职工操作水平，从而提升施工质量。

(3)加强后巷顶板、底板维护管理。重点加强留巷段支护质量检查、底板底鼓量检查，发现问题及时处理，保证留巷质量。

(4)加强爆破管理。一是加强现场爆破管理，确保爆破施工质量；二是加强爆破物品管理，规范使用爆破物品。

(5)加强工作面风量、瓦斯浓度及其他有害气体浓度检测。对后巷巷旁侧顶板未垮落严实的地方进行喷浆处理，减少采空区漏风。