110工法在采礦實(shí)踐工程中應(yīng)用

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摘要：長壁開采切頂短壁梁理論及其110工法的提出，是煤礦開采的一次關(guān)鍵性技術(shù)變革。采用該技術(shù)有效降低了巷道掘進(jìn)率，緩解了礦井采掘銜接緊張的問題，在采礦實(shí)踐工程中取得了較好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。以山西曙光煤礦1226工作面、1228工作面為工程背景，分析探討了110工法在采礦過程中的應(yīng)用情況以及應(yīng)用過程中存在的一些技術(shù)問題，以期為今后110工法在煤礦開采工作中的進(jìn)一步推廣應(yīng)用積累寶貴經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：110工法；切頂卸壓；無煤柱開采

何滿潮院士等提出的長壁開采切頂短壁梁理論及110工法補(bǔ)充完善了煤炭開采科學(xué)技術(shù)存在的不足，推動煤炭開采科學(xué)技術(shù)進(jìn)人新紀(jì)元。通過對主動支護(hù)下沿空留巷頂板破碎原因的分析［3］，要求巷旁支護(hù)與煤體之間的相互作用需協(xié)調(diào)匹配；對錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)沿空留巷頂板離層的分析［4］，為沿空留巷圍巖穩(wěn)定性控制提供了理論依據(jù)。在實(shí)際應(yīng)用中，需綜合考慮圍巖、煤體、支護(hù)體之間的相互作用，才能在具體工程實(shí)踐中進(jìn)一步豐富完善110工法。

1工程概況

曙光煤礦現(xiàn)采1228工作面位于該礦井井田一采區(qū)西翼，東臨集中軌道巷，南為1226工作面（已采），西部因地質(zhì)構(gòu)造影響未掘進(jìn)至一采區(qū)邊界，北為未回采的1230工作面。1228工作面材料巷為1226工作面運(yùn)輸巷留巷，1228運(yùn)巷（留巷）將作為下一個未采工作面1230工作面的材料巷。1228工作面可采走向長度1634m，傾向長度240m（中一中），實(shí)體長236m，平均采高為2．7m。工作面標(biāo)髙最低＋463m，最高＋509m。該工作面現(xiàn)運(yùn)輸巷留巷708m〇1226工作面、1228工作面煤層老頂為細(xì)砂巖，直接頂為粉砂質(zhì)泥巖，偽頂為碳質(zhì)泥巖，直接底為粉砂巖，老底為砂質(zhì)泥巖。該礦總體采用“切頂卸壓＋恒阻大變形錨索支護(hù)”為主體的設(shè)計(jì)方案在1226工作面、1228工作面開展110工法試驗(yàn)。

2施工方案

2．1施工恒阻錨索

1226X作面、1228工作面運(yùn)用110工法，采用以“切頂卸壓＋恒阻大變形錨索支護(hù)”為主體的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行預(yù)裂切縫爆破。同時，利用恒阻大變形錨索進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，以控制頂板下沉。恒阻大變形錨索直徑21．8mm，恒阻器長450mm，直徑85mm，恒阻值為32t，預(yù)緊力大于等于25N。

2．2頂板預(yù)裂切縫

在1226工作面和1228工作面運(yùn)輸巷靠近回采側(cè)范圍內(nèi)進(jìn)行切頂爆破，切縫孔布置于距回采側(cè)煤幫150mm處，排距為500mm，鉆頭直徑50mm，鉆孔深度為11m，向煤壁側(cè)傾斜角度為75。。施工時至少超前工作面50m。切縫孔施工完成后，根據(jù)要求采用雙向聚能爆破進(jìn)行頂板預(yù)裂切縫。切縫鉆孔布置及加強(qiáng)支護(hù)剖面圖如圖1所示。切縫鉆孔布置及加強(qiáng)支護(hù)展開圖如圖2所示。

3巷道支護(hù)

在工作面推進(jìn)過程中，不同位置巷道受采動影響不同。根據(jù)支護(hù)效果及數(shù)據(jù)分析，將工作面附近劃分為3個區(qū)，即超前支護(hù)區(qū)（工作面前方30m）、架后臨時支護(hù)區(qū)（架后0￣300m）和成巷穩(wěn)定區(qū)＠5后300m之后），不同分區(qū)根據(jù)需要采取不同的支護(hù)措施。超前支護(hù)區(qū)：采用單體液壓支柱配合TT型鋼梁及滑移式超前支護(hù)裝置（ZQH2x3400／24／34）進(jìn)行超前支護(hù)，支護(hù)距離不小于30m。架后臨時支護(hù)區(qū)：架后臨時支護(hù)主要采用型梁和單體柱一梁四柱進(jìn)行超后支護(hù)9成巷穩(wěn)定區(qū)：此段巷道受采動影響很小，根據(jù)礦壓監(jiān)測結(jié)果，當(dāng)頂?shù)装逡平考绊敯邋^索受力趨于穩(wěn)定時，可認(rèn)為該區(qū)域頂板已趨于穩(wěn)定狀態(tài)，可隔一架拆除一架，循環(huán)使用。為防止漏風(fēng)現(xiàn)象發(fā)生，在鋼筋網(wǎng)與可縮U型鋼之間鋪設(shè)風(fēng)筒布，高度取4．0m，上下各超出300mm，超出部分固定到頂?shù)装宀⑦M(jìn)行有效封閉。風(fēng)筒布搭縫處寬度30cm，固定后亦進(jìn)行封閉處理。

4留巷效果

1226工作面運(yùn)輸巷已成功留巷1362m，1228工作面目前已成功留巷708m。110工法切頂卸壓自成巷技術(shù)在曙光煤礦的應(yīng)用取得了良好的試驗(yàn)效果，為今后在相似地質(zhì)條件下的推廣應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)，并積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

5應(yīng)用探討

在1226工作面、1228工作面留巷內(nèi)均布置礦壓監(jiān)測觀測點(diǎn)。隨著工作面的推進(jìn)，觀測的相關(guān)變化量呈現(xiàn)出一定的變化規(guī)律。

5．1頂板下沉

留巷內(nèi)頂板在推進(jìn)過程中累計(jì)下沉量在50mm左右，局部應(yīng)力集中區(qū)頂板下沉量為150mm。

5．2底鼓及兩幫收縮

在距工作面30￣100m范圍，底鼓及收縮量每日逐步增大，增大幅度加快；在距工作面300m外，底鼓及收縮量每周緩慢增大，增大幅度均在50mm左右，且煤柱側(cè)累計(jì)收縮量較大，擋矸側(cè)累計(jì)收縮量較小。

5．3巷道頂板離層監(jiān)測錨索受力和變形量監(jiān)測

在工作面推進(jìn)過程中，在距工作面50m范圍內(nèi)，離層儀測力計(jì)數(shù)據(jù)增大量為10mm；恒阻錨索測力計(jì)數(shù)據(jù)增大量在10kN左右；在距工作面50￣150m范圍，離層儀測力計(jì)數(shù)據(jù)增大量為20mm；恒阻錨索測力計(jì)數(shù)據(jù)增大量在30kN左右；在距工作面150￣300m范圍，離層儀測力計(jì)、恒阻錨索測力計(jì)數(shù)據(jù)基本趨于穩(wěn)定；在距工作面300m范圍外，數(shù)據(jù)變化量趨于穩(wěn)定，無明顯增大的現(xiàn)象。

6存在的問題及解決方案

6．1恒阻錨索出現(xiàn)鎖具滑脫現(xiàn)象

在工作面推進(jìn)過程中，機(jī)頭前后50m范圍內(nèi)，部分恒阻銷索預(yù)留的外露長度減少，但是錨具沒有縮進(jìn)至恒阻器中起到讓壓的作用。出現(xiàn)這種情況的主要為靠近切頂側(cè)的恒阻錨索鎖具。對于外露長的錨索，在原鎖具下再加一個鎖具并重新加壓；對于外露短的重新補(bǔ)打錨索。在預(yù)裂爆破后，及時對爆破地點(diǎn)附近的錨索進(jìn)行二次加壓，確保錨索的預(yù)緊力符合要求。針對恒阻錨索脫落后無法再補(bǔ)加鎖具的情況，需對收縮嚴(yán)重區(qū)域補(bǔ)打錨索，重新維護(hù)。

6．2巷道內(nèi)局部頂板破碎嚴(yán)重

針對過陷落柱、斷層等情況導(dǎo)致巷道內(nèi)頂板及煤幫側(cè)局部破碎的情況，可以通過提前打設(shè)恒阻錨索支護(hù)以及對巷道內(nèi)頂板及煤幫側(cè)提前進(jìn)行注漿維護(hù)的方式解決。

6．3預(yù)裂爆破過程中炮眼封堵不實(shí)沖孔率偏高

根據(jù)施工標(biāo)準(zhǔn)要求，沖孔率不得超過20％，實(shí)際達(dá)到35％左右。為施工隊(duì)組配備礦用防爆型炮泥機(jī)后，提高了炮泥的制作質(zhì)量和工作效率，有效減少了炮眼沖孔現(xiàn)象的發(fā)生，沖孔率由原來的35％左右降低到現(xiàn)在的不到17％。

6．4局部地段預(yù)裂爆破切縫效果差

預(yù)裂爆破施工時，按原設(shè)計(jì)爆破參數(shù)進(jìn)行爆破后頂板切縫效果較差。實(shí)際施工過程中加強(qiáng)了對頂板巖性的探測，采用鉆孔窺視儀對施工的預(yù)裂爆破炮眼進(jìn)行窺視，掌握頂板巖性結(jié)構(gòu)變化情況，及時調(diào)整裝藥結(jié)構(gòu)，并對已爆破效果較差地點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)爆。

6．5擋矸U型鋼向巷中擠出擋矸效果差

擋矸U型鋼設(shè)計(jì)不合理，原設(shè)計(jì)擋矸U型鋼上部一節(jié)與頂板接觸段為斜切45°，下部一節(jié)為平頭，底板需挖500mm的柱窩埋入底板，加工的U型鋼擋砰效果差，容易擠出，且局部U型鋼扭曲變形。工程實(shí)踐中改進(jìn)了U型鋼加工方法，在U型鋼上部焊接圓鋼，外露超出U型鋼300mm，外圓鋼傾斜15°（與切縫孔傾斜角度一致）使圓鋼插進(jìn)切縫孔中，同時在下部一節(jié)也焊接圓鋼，外露超出U型鋼300mm，與U型鋼平行。架設(shè)擋矸U型鋼時，在切縫孔的正下方底板400mm處將圓鋼插入鉆孔中，有效解決了擋矸U型鋼容易擠出的問題。另外，在作業(yè)過程中使用力矩扳手緊固法蘭螺母，確保螺母緊固力矩不超120N－m。

6．6工作面刮板輸送機(jī)前后穿影響留巷擋矸架設(shè)

工程實(shí)踐中標(biāo)定了材、運(yùn)巷中心線，工程技術(shù)人員每班測量刮板輸送機(jī)機(jī)頭、機(jī)尾距巷道中心線的距離，及時將數(shù)據(jù)反饋給隊(duì)領(lǐng)導(dǎo)和采煤機(jī)司機(jī)，采煤機(jī)司機(jī)根據(jù)要求在割煤過程中嚴(yán)格控制機(jī)頭機(jī)尾的推進(jìn)度，一旦1＃支架與切縫孔的距離超過600mm，需在1＃支架與切縫孔間架設(shè)邁步梁對頂板進(jìn)行維護(hù)，并調(diào)整支架。

7經(jīng)濟(jì)效益

1226工作面使用無煤柱開采新技術(shù)后，曙光煤礦增加收入6．520X107元，巷道布置成本降低9．9885xl06元，留巷投人成本增加6．72703xl07元，洗煤成本增加3．6513xl06元，實(shí)現(xiàn)利潤4．2669xl06元。1228工作面使用無煤柱開采新技術(shù)后，曙光煤礦收入增加了5．80635xl07元，巷道布置成本降低了1．33839xl07元，留巷投入成本增加了6．66547xl07元，洗煤成本增加了2．7311x10s元，實(shí)現(xiàn)利潤2．0616xl06元。1226工作面及1228工作面共計(jì)實(shí)現(xiàn)利潤6．3285xl06元。

8結(jié)語

切頂卸壓110工法具有巨大的技術(shù)優(yōu)勢，在曙光煤礦的成功應(yīng)用，減少了礦井煤炭資源損失的同時降低了礦井巷道掘進(jìn)率，經(jīng)濟(jì)效益可觀。根據(jù)110工法在1226工作面和1228工作面的應(yīng)用情況，總結(jié)了相關(guān)礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，研究結(jié)果為類似條件切頂卸壓自成巷工作面的管理提供了參考，對110工法的進(jìn)一步推廣應(yīng)用具有重要意義。

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作者:賈繼寶 單位:山西焦煤汾西礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司．