无煤柱“110工法”开采技术应用初探

赵 朋，吕怀宝，申 涛

（陕西陕煤黄陵矿业有限公司一号煤矿，陕西 黄陵 727307）

无煤柱“110 工法”即切顶卸压沿空留巷技术，指将一个采煤工作面的一条顺槽通过切顶卸压、补强支护及挡矸支护等技术将其保留下来作为下一个工作面的一条回采顺槽，从而实现采煤工作面只需掘进一条顺槽，不留设保护煤柱的开采工艺。

1 工作面概况

黄陵矿业一号煤矿属于高瓦斯矿井，矿井绝对瓦斯涌出量为162 m3/min，相对瓦斯涌出量为12.65 m3/t，主采煤层为2 号煤层，属于自燃煤层。

1006 工作面位于黄陵矿业一号煤矿十盘区，为十盘区西翼第六个回采工作面；北为1007 工作面，南为1005 工作面(已回采结束)，西为六盘区，东为北一进风巷。地面位置位于侯村西北部，上覆地表为低山林区为主，无建筑、河流及其它设施。可采长度1 981 m，切眼长235 m，平均采高2.15 m，地质储量1.30 Mt，可采储量1.274 Mt。该工作面为中厚煤层智能化综采工作面，配备一套中厚煤层智能化开采设备，实行“三八”作业制，一班检修，两班生产。

2 “110 工法”实施情况

为进一步提高矿井生产效率、降低掘进率、提高资源回收率、延长矿井服务年限，解决因留设煤柱带来的资源浪费、生产接续紧张、灾害治理时间不足等重大难题，实现矿井安全高效生产，助推矿井向更高质量发展。黄陵矿业一号煤矿于2020年3月初开始在1006 智能化综采工作面实施无煤柱“110工法”，5月初回采完毕进入闭采，回采工期2 个月，成功实现留巷300 m的试验目标。

2.1 试验巷道

此次无煤柱工业试验在1006 运输顺槽 （下文简称1006 运顺）进行。

1006 运顺为矩形巷道，掘宽5.2 m，掘高2.8 m。原始支护顶板采用锚杆+T140 型钢带+ 塑钢网联合支护； 支护锚杆规格均为Φ20 m×2 500 m，主帮为玻璃钢锚杆，副帮及顶板为左旋无纵筋螺纹钢锚杆，每根消耗MSK2335 树脂锚固剂3 节。顶锚杆：靠两帮两根锚杆间距1 000 mm、中间4 根锚杆间距850 mm，锚杆排距600 mm和1 000 mm交替支护，“六-六”矩形布置。帮锚杆：主帮采用玻璃钢锚杆+ 塑钢网联合支护，副帮采用金属锚杆+ 塑钢网联合支护，锚杆间排距均为700 mm×1 000 mm。锚索梁：T140 型钢带长4.8 m，一梁四索，排距1 600 mm，锚索采用Φ17.8 mm×8 300 mm钢绞线，每根消耗MSK2370 树脂锚固剂3 节。1006 运顺支护断面见图1。

图1 1006 运顺支护断面

2.2 技术方案

1006 工作面沿空留巷工业试验前，一是在1006 工作面停采线以里305 m位置施工1006 运顺措施巷，作为留巷期间通风、辅助运输通道，二是在1006 辅助运输巷巷口以里25 m位置施工1006 辅运通风绕道，作为留巷期间回风通道。工业试验期间，工作面采用“Y型”通风方式，新鲜风流由1006进风、运输顺槽进入，乏风经1006 运顺措施巷、1006 辅助运输顺槽、1006 辅运通风通道回至北一回风巷。采用双向聚能爆破预裂技术对1006 运输顺槽进行切顶卸压，尾巷帮部采用“U型钢+ 金属网+喷砼+高分子材料覆盖”方式进行挡矸支护，尾巷主体采用“单体+ 铰接梁”方式对顶板进行支护，实现沿空留巷开采，试验巷道布置平面见图2。

图2 1006 试验巷道布置平面

2.3 留巷效果

成功留巷300 m，巷道宽度4.6 m，高度2.2～2.3 m，取得了较好的试验预期效果。为我矿无煤柱开采条件下优化回采巷道布置断面和支护技术参数、配套装备及灾害治理措施等方面积累了宝贵的经验，为1009 工作面正式实施无煤柱“110 工法”奠定基础。

3 应用探讨

3.1 巷道支护

（1）支护设计

1006 工作面因掘进期间尚未规划进行无煤柱留巷试验，因此掘进巷道支护按照正常回采工作面巷道参数进行施工。在实施无煤柱留巷时，需提前补打让压锚索等进行巷道二次补强支护，二次支护不仅受巷道皮带、管路等设备影响不利于施工，同时相比于一次支护，耗费人力物力更多，且巷道支护效果不如一次施工支护。

将无煤柱沿空留巷作为一项系统工程，在掘进时统筹考虑后期留巷需求，将留巷经历掘进及两次强烈采动影响作为巷道掘进支护参数选择的重要依据，充分考虑留巷期间顶板可能面临的各种状况及管理应对措施，统筹谋划。

（2）支架与支护

沿空留巷巷道不同于正常回采巷道，正常支护巷道顶板采用全部垮落法处理顶板时，需要采取退锚、施工强制放顶孔等措施破坏顶板支护来保证顶板及时垮落，避免回风隅角悬顶超过规定。

为了保护巷道支护锚索不被超前支架及端头支架破坏，采取回撤运顺第1 台端头支架，同时调整第2 台端头支架与第3 台支架间距来避让顶板支护锚索。同时在第2 台端头支架顶梁上采取使用皮带、柱鞋加工支垫物来减少支架顶梁与顶板接触面积来避免顶梁破坏锚索的办法保护巷道原有支护。在超前支架拉移中通过调整超前支架位置使其避开锚索来减少破坏，有效保护了巷道支护锚索，取得了较好的效果，巷道原有支护锚索保护率在95%以上。缺点是增加了工人的劳动强度，同时增加了移架操作难度，稍不小心便可能破坏顶板锚索，同时存在一定安全风险，不适用正式留巷作业。

在实施留巷时，巷道掘进前统筹考虑设备配套选型与巷道支护相匹配，可通过减少或不使用超前支护支架（因巷道已加强支护），同时减少端头支架数量，探索一种有效保护巷道的支护形式，即安全高效、便于操作的端头巷道支护方式。

3.2 施工管理

沿空留巷施工工艺较复杂，涉及多个工序，同时作为一项新工艺，其劳动组织管理水平的高低对于项目实施有重大影响。

（1）人员组织

沿空留巷施工工艺较多，各工序施工质量要求较高，在实施过程中可能出现各种问题，必须高度重视。

①成立技术攻关小组，针对实施工艺及遇到问题及时攻关解决。

②利用“微信网络平台+ 班前会培训+ 现场培训”三级培训模式对职工进行全面培训，确保职工掌握操作要领及各工艺技术要求。

（2）现场组织管理

①前期施工时，必须有技术人员现场全程跟班监督指导施工及验收施工质量，发现问题及时纠正处理。

②明确各环节的现场施工负责人，确保各环节均有人负责施工质量。

③每班必须配备验收员，严格按照相关技术要求验收现场各工序的施工质量，确保动态合格。

3.3 切顶预裂爆破

（1）切顶孔

因1006 运顺皮带安装在主帮侧，导致切顶施工作业空间受限，切顶钻孔施工角度与法线夹角最大只能保证10°，同时偏转角度工人施工过程中无法准确把握，另外湿式打眼作业水流至底板，造成底板淤泥。

①利用三角函数计算偏转角度下的水平位移距离，便于工人施工。

②在打眼作业区域开挖水沟及临时水仓杜绝水流至满巷道。

③在实施留巷作业时，需提前考虑将运顺皮带安装至巷道中心，保证与主帮的距离，以便后期切顶孔施工，同时可考虑调整偏转角度至30°，提升切缝侧顶板支护效果。

④钻孔施工过程中不得随意挪动钻机位置，同时钻机上升均匀给力，升力不得过大，保证钻孔的直线性。

⑤施工过程中勤检查钻头磨损程度，发现磨损过大及时更换，确保钻孔内径大小合适。

⑥使用小型长臂锚杆钻车施工切顶孔，提高施工效果及质量。

（2）爆破

做好装药前验孔工作，通过加工专用验孔工具进行验孔，合格后方可装药。

①针对不同顶板岩性，及时调整最佳装药参数，确保爆破效果。

②频繁冲孔时，及时调整炮泥封孔深度、炮泥干湿度及黏度，提升封孔质量。

3.4 尾巷支护

尾巷单体支护是控制留巷顶板的重要手段，其支设水平对于巷道维护起着重要作用。

切缝侧采用U型钢挡矸支柱+ 金属网支护方式支护封闭采空区，U型钢的支设质量是顶板控制的关键。

（1）U型钢必须支设在实底上，支设前必须清理干净底板淤泥、浮煤，掏槽保证深度一致底板平直。

（2）U型钢搭接长度需保证不低于规定值，同时固定螺栓预紧力不低于规定，垂直顶底板支设。

（3）金属网片搭接固定，严格按照设计规定执行。

3.5 瓦斯治理

工作面通风方式由“U”型通风改为“Y”型通风，1006 运输顺槽后巷可能存在漏风，导致采空区瓦斯涌出。将进风顺槽隅角封堵严实，减少风流流入采空区，同时根据实际情况合理分配进风顺槽及运输顺槽配风量，使工作面处于均压状态。

由于采空区埋管抽采和“Y”型通风的漏风流场特点，使供氧通道发育，采空区可能存在发火风险。

（1）采取措施减少采空区漏风。

（2）回采时必须沿顶底板进行割煤，减少采空区遗煤。

（3）加强阻化剂的喷洒工作。

（4）若尾巷瓦斯浓度变化，适当调整埋管抽采风量；当瓦斯浓度不高时，可停止埋管抽采。

4 结语

本文基于1006 工作面无煤柱“110 工法”工业试验，进行了全面总结，详细分析了实施过程中遇到的各种困难和问题，提出解决办法，其中也包括一些个人观点、看法；无煤柱“110 工法”在黄陵一号煤矿的成功应用，为该技术的推广积累了一些宝贵经验。