庞庞塔煤矿110501综放工作面“110工法”技术研究及实践

2024-05-12杨凯

同煤科技 2024年1期

杨凯

（霍州煤电集团吕临能化有限公司庞庞塔煤矿，山西吕梁 033200）

为确保巷道稳定性和工作面生产安全，工作面通常留设20~40 m 的区段煤柱，造成大量煤柱损失，降低了煤炭资源回收率[1-2]。传统工作面布置方式需掘进2~3 条回采巷道，掘进工程量大，极易造成采掘接替紧张局面[3]。“110 工法”无需留设区段煤柱，通过切落工作面侧向顶板形成下一工作面回采巷道的方式，降低了矿井采掘比，有效缓解了采掘接替紧张，提高生产效率[4-6]。根据霍州煤电集团吕临能化有限公司庞庞塔煤矿（简称“庞庞塔煤矿”）110501 工作面实际生产地质条件和相邻110502工作面留巷经验，对110501工作面采用“110 工法”关键技术进行方案设计，以期为类似工程技术条件矿井采用“110 工法”开采提供借鉴和参考。

1 工程概况

庞庞塔煤矿5#煤层平均埋深250 m，平均厚度1.24 m，平均倾角6°，结构简单，偶含一至二层夹矸，厚度约0.3～1.0 m。110501 工作面位于5#煤层十一采区，南侧为110502 工作面，北部为110504 工作面实体煤，西部为5#煤层辅运大巷，东部为井田边界。采用走向长壁后退式采煤法，一次采全高采煤工艺，全部跨落法管理顶板，平均采高1.24 m，可采走向长度1 760 m，工作面长度260 m。煤层顶底板情况如表1所示。

2 回采巷道原支护方案

110501胶带顺槽沿5#煤顶板布置，半煤岩巷，采用矩形断面，净宽5 000 mm，净高2 800 mm，采用锚索+锚网+钢带联合支护，支护参数为：顶板锚杆采用ϕ20 mm×2 200 mm 高强度螺纹钢锚杆，间排距为1 000 mm×1 000 mm；网片采用ϕ5 mm 钢筋焊接网，规格2 100 mm×1 100 mm；锚索采用ϕ17.8 mm×6 300 mm 钢绞线，间排距为2 000 mm×2 000 mm。钢带采用4 500 mm×300 mm×3 mm 型W 钢带。帮锚杆采用ϕ20 mm×2 200 mm 高强度螺纹钢锚杆，间排距为 1 000 mm×1 000 mm。底板采用C20 混凝土铺底，铺底厚度200 mm。110501 胶带顺槽原支护断面如图1 所示。

图1 110501胶带顺槽原支护断面图（单位：mm）

3 “110工法”关键技术方案设计

3.1 预裂爆破切顶卸压方案设计

为降低上覆岩层对巷道的压力，维护巷道顶板完整性，采用特制聚能管进行预裂切顶爆破，将采空区侧顶板沿预裂切缝切落形成巷帮。预裂切缝孔深度通常取2.6 倍的采高[4]，通过对110502 胶带顺槽顶板预裂效果观测，采煤工作面上巷口至下巷口方向15 m 范围内的采高对顶板预裂效果影响较大。110501 工作面平均采高1.6 m，但是回采工作面下巷口15 m 范围内，采高达到2.2 m。综上考虑，确定预裂切顶炮孔深度为6.5 m。炮孔布设位置为采空区侧巷帮100 mm 处，炮孔与竖直方向夹角为20°，炮孔直径50 mm，孔间距500 mm。特制聚能管外径为42 mm，内径为36.5 mm，管长1 500 mm。聚能爆破采用矿用三级乳化炸药，药卷规格为ϕ32 mm×300 mm/卷，炮孔采用炮泥进行封孔，封孔长度不小于1.5 m。

3.2 恒阻大变形锚索补强支护方案设计

设计在110501 胶带顺槽原支护方案基础上施工恒阻大变形锚索进行补强支护以确保预裂爆破切顶和工作面周期来压期间留巷围岩的稳定性，保证留巷效果。具体支护参数为：恒阻锚索采用ϕ21.8 mm×8 800 mm 钢绞线，在距回采侧煤帮600 mm 处垂直于巷道顶板布置1列，排距1 000 mm，锚固层位为工作面老顶，外露长度不超过300 mm，预紧力不小于280 kN。采用ϕ79 mm×450 mm恒阻器实现恒阻，恒阻值为30±2 t。恒阻锚索托盘采用规格为300 mm×300 mm×16 mm 钢托盘，相邻恒阻锚索间采用规格为450 mm×300 mm×3 mm 的W 型钢带搭接。恒阻大变形锚索补强支护断面如图2所示。

图2 恒阻大变形锚索补强支护断面图（单位：mm）

3.3 巷道临时支护方案设计

受工作面推进所产生的采动影响，不同位置巷道矿压显现不同[2]。在超前压力作用下，工作面超前段巷道极易发生顶板下沉，需对巷道顶板进行超前加强支护；工作面回采后，巷道顶板开始垮落，并在一定时间后再次形成稳定状态，因此需对工作面附近架后区域进行顶板加强支护和挡矸支护；随工作面不断向前推进，滞后工作面较远处巷道顶板运动基本停止，新的稳定状态基本形成，此时可撤除架后临时支护设备，仅需挡矸支护即可。根据相邻110502 工作面留巷经验，将110501 工作面留巷划分为三个区域：超前支护区（工作面前方20 m），架后临时支护区（架后0～300 m）和成巷稳定区（架后300 m之后）。

1）超前加强支护

在超前工作面20 m范围内采用“单体液压支柱+π型钢梁”进行超前加强支护，布置方式为“一梁四柱”，第1 列单体支柱布设位置为切缝侧回采帮400 mm 处，第2 列与第1 列、第3 列与第2 列单体支柱间距均为800 mm，第4 列与第3 列单体支柱间距为2 400 mm，排距均为1 000 mm。超前加强支护布置方式见图3。

图3 超前加强支护断面图（单位：mm）

2）架后临时挡矸支护

架后0～300 m 范围内加强支护和挡矸支护。采用钢筋网与29 U 型钢进行联合挡矸支护，29 U 型钢长度为2 m，2 根搭接，搭接处安设两组卡栏固定，排距500 mm。钢筋网采用ϕ6 mm 的钢筋焊接网，钢筋网尺寸为2 100 mm×1 200 mm，孔距100 mm×100 mm，搭接长度100 mm，并用铁丝捆扎。施工时在29 U型钢上焊接ϕ20 mm 钢筋，插入顶板已切缝孔，底板采用风镐施工柱窝，柱窝深300 mm。敷设钢筋网时，采用2 片网中间夹双层风筒布，起封闭及防止采空区漏风作用。待顶板稳定后，使用高分子固化材料进行喷涂、堵漏。架后挡矸临时支护效果如图4所示。

图4 架后加强支护和挡矸支护效果图

3）成巷稳定区支护

在架后300 m 外区域对单体支柱进行回撤，回撤方式为隔一排撤二排。回撤后等顶板稳定7 d 以上且顶板下沉量小于1 mm/d 后将单体液压支柱全部回撤。单体液压支柱回撤完毕后，每隔100 m 安设1 台KBU300顶板移近量动态报警仪，作为信号柱使用。

4 工业性应用

为掌握留巷效果，在110501胶带顺槽内每20 m设置1 组巷道围岩移近量测站，采用十字布点法对巷道表面位移进行为期50 d 的观测，其中1#和2#测站观测结果如图5所示。

图5 巷道表面位移量随观测时间的变化曲线

由图5可知，前30 d内，110501胶带顺槽表面位移量增长速度较快；在30 d 后110501 胶带顺槽表面位移量趋于稳定，且巷道顶底板最大移近量为124 mm，两帮最大移近量为72 mm。由此可见留巷段巷道围岩变形控制效果较好，满足下阶段巷道使用要求。此外，庞庞塔煤矿回采工作面间通常留设20 m 宽的区段煤柱，110501 综采工作面采用“110 工法”开采后，多回收煤柱资源约5.8 万t，创造经济效益约3 480 万元。