龐龐塔煤礦110501綜放工作面“110工法”技術(shù)研究及實踐

楊 凱

（霍州煤電集團呂臨能化有限公司龐龐塔煤礦，山西 呂梁 033200）

為確保巷道穩(wěn)定性和工作面生產(chǎn)安全，工作面通常留設(shè)20~40 m 的區(qū)段煤柱，造成大量煤柱損失，降低了煤炭資源回收率[1-2]。傳統(tǒng)工作面布置方式需掘進2~3 條回采巷道，掘進工程量大，極易造成采掘接替緊張局面[3]?！?10 工法”無需留設(shè)區(qū)段煤柱，通過切落工作面?zhèn)认蝽敯逍纬上乱还ぷ髅婊夭上锏赖姆绞?，降低了礦井采掘比，有效緩解了采掘接替緊張，提高生產(chǎn)效率[4-6]。根據(jù)霍州煤電集團呂臨能化有限公司龐龐塔煤礦（簡稱“龐龐塔煤礦”）110501 工作面實際生產(chǎn)地質(zhì)條件和相鄰110502工作面留巷經(jīng)驗，對110501工作面采用“110 工法”關(guān)鍵技術(shù)進行方案設(shè)計，以期為類似工程技術(shù)條件礦井采用“110 工法”開采提供借鑒和參考。

1 工程概況

龐龐塔煤礦5#煤層平均埋深250 m，平均厚度1.24 m，平均傾角6°，結(jié)構(gòu)簡單，偶含一至二層夾矸，厚度約0.3～1.0 m。110501 工作面位于5#煤層十一采區(qū)，南側(cè)為110502 工作面，北部為110504 工作面實體煤，西部為5#煤層輔運大巷，東部為井田邊界。采用走向長壁后退式采煤法，一次采全高采煤工藝，全部跨落法管理頂板，平均采高1.24 m，可采走向長度1 760 m，工作面長度260 m。煤層頂?shù)装迩闆r如表1所示。

2 回采巷道原支護方案

110501膠帶順槽沿5#煤頂板布置，半煤巖巷，采用矩形斷面，凈寬5 000 mm，凈高2 800 mm，采用錨索+錨網(wǎng)+鋼帶聯(lián)合支護，支護參數(shù)為：頂板錨桿采用?20 mm×2 200 mm 高強度螺紋鋼錨桿，間排距為1 000 mm×1 000 mm；網(wǎng)片采用?5 mm 鋼筋焊接網(wǎng)，規(guī)格2 100 mm×1 100 mm；錨索采用?17.8 mm×6 300 mm 鋼絞線，間排距為2 000 mm×2 000 mm。鋼帶采用4 500 mm×300 mm×3 mm 型W 鋼帶。幫錨桿采用?20 mm×2 200 mm 高強度螺紋鋼錨桿，間排距為 1 000 mm×1 000 mm。底板采用C20 混凝土鋪底，鋪底厚度200 mm。110501 膠帶順槽原支護斷面如圖1 所示。

圖1 110501膠帶順槽原支護斷面圖（單位：mm）

3 “110工法”關(guān)鍵技術(shù)方案設(shè)計

3.1 預(yù)裂爆破切頂卸壓方案設(shè)計

為降低上覆巖層對巷道的壓力，維護巷道頂板完整性，采用特制聚能管進行預(yù)裂切頂爆破，將采空區(qū)側(cè)頂板沿預(yù)裂切縫切落形成巷幫。預(yù)裂切縫孔深度通常取2.6 倍的采高[4]，通過對110502 膠帶順槽頂板預(yù)裂效果觀測，采煤工作面上巷口至下巷口方向15 m 范圍內(nèi)的采高對頂板預(yù)裂效果影響較大。110501 工作面平均采高1.6 m，但是回采工作面下巷口15 m 范圍內(nèi)，采高達到2.2 m。綜上考慮，確定預(yù)裂切頂炮孔深度為6.5 m。炮孔布設(shè)位置為采空區(qū)側(cè)巷幫100 mm 處，炮孔與豎直方向夾角為20°，炮孔直徑50 mm，孔間距500 mm。特制聚能管外徑為42 mm，內(nèi)徑為36.5 mm，管長1 500 mm。聚能爆破采用礦用三級乳化炸藥，藥卷規(guī)格為?32 mm×300 mm/卷，炮孔采用炮泥進行封孔，封孔長度不小于1.5 m。

3.2 恒阻大變形錨索補強支護方案設(shè)計

設(shè)計在110501 膠帶順槽原支護方案基礎(chǔ)上施工恒阻大變形錨索進行補強支護以確保預(yù)裂爆破切頂和工作面周期來壓期間留巷圍巖的穩(wěn)定性，保證留巷效果。具體支護參數(shù)為：恒阻錨索采用?21.8 mm×8 800 mm 鋼絞線，在距回采側(cè)煤幫600 mm 處垂直于巷道頂板布置1列，排距1 000 mm，錨固層位為工作面老頂，外露長度不超過300 mm，預(yù)緊力不小于280 kN。采用?79 mm×450 mm恒阻器實現(xiàn)恒阻，恒阻值為30±2 t。恒阻錨索托盤采用規(guī)格為300 mm×300 mm×16 mm 鋼托盤，相鄰恒阻錨索間采用規(guī)格為450 mm×300 mm×3 mm 的W 型鋼帶搭接。恒阻大變形錨索補強支護斷面如圖2所示。

圖2 恒阻大變形錨索補強支護斷面圖（單位：mm）

3.3 巷道臨時支護方案設(shè)計

受工作面推進所產(chǎn)生的采動影響，不同位置巷道礦壓顯現(xiàn)不同[2]。在超前壓力作用下，工作面超前段巷道極易發(fā)生頂板下沉，需對巷道頂板進行超前加強支護；工作面回采后，巷道頂板開始垮落，并在一定時間后再次形成穩(wěn)定狀態(tài)，因此需對工作面附近架后區(qū)域進行頂板加強支護和擋矸支護；隨工作面不斷向前推進，滯后工作面較遠處巷道頂板運動基本停止，新的穩(wěn)定狀態(tài)基本形成，此時可撤除架后臨時支護設(shè)備，僅需擋矸支護即可。根據(jù)相鄰110502 工作面留巷經(jīng)驗，將110501 工作面留巷劃分為三個區(qū)域：超前支護區(qū)（工作面前方20 m），架后臨時支護區(qū)（架后0～300 m）和成巷穩(wěn)定區(qū)（架后300 m之后）。

1）超前加強支護

在超前工作面20 m范圍內(nèi)采用“單體液壓支柱+π型鋼梁”進行超前加強支護，布置方式為“一梁四柱”，第1 列單體支柱布設(shè)位置為切縫側(cè)回采幫400 mm 處，第2 列與第1 列、第3 列與第2 列單體支柱間距均為800 mm，第4 列與第3 列單體支柱間距為2 400 mm，排距均為1 000 mm。超前加強支護布置方式見圖3。

圖3 超前加強支護斷面圖（單位：mm）

2）架后臨時擋矸支護

架后0～300 m 范圍內(nèi)加強支護和擋矸支護。采用鋼筋網(wǎng)與29 U 型鋼進行聯(lián)合擋矸支護，29 U 型鋼長度為2 m，2 根搭接，搭接處安設(shè)兩組卡欄固定，排距500 mm。鋼筋網(wǎng)采用?6 mm 的鋼筋焊接網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)尺寸為2 100 mm×1 200 mm，孔距100 mm×100 mm，搭接長度100 mm，并用鐵絲捆扎。施工時在29 U型鋼上焊接?20 mm 鋼筋，插入頂板已切縫孔，底板采用風鎬施工柱窩，柱窩深300 mm。敷設(shè)鋼筋網(wǎng)時，采用2 片網(wǎng)中間夾雙層風筒布，起封閉及防止采空區(qū)漏風作用。待頂板穩(wěn)定后，使用高分子固化材料進行噴涂、堵漏。架后擋矸臨時支護效果如圖4所示。

圖4 架后加強支護和擋矸支護效果圖

3）成巷穩(wěn)定區(qū)支護

在架后300 m 外區(qū)域?qū)误w支柱進行回撤，回撤方式為隔一排撤二排?；爻泛蟮软敯宸€(wěn)定7 d 以上且頂板下沉量小于1 mm/d 后將單體液壓支柱全部回撤。單體液壓支柱回撤完畢后，每隔100 m 安設(shè)1 臺KBU300頂板移近量動態(tài)報警儀，作為信號柱使用。

4 工業(yè)性應(yīng)用

為掌握留巷效果，在110501膠帶順槽內(nèi)每20 m設(shè)置1 組巷道圍巖移近量測站，采用十字布點法對巷道表面位移進行為期50 d 的觀測，其中1#和2#測站觀測結(jié)果如圖5所示。

圖5 巷道表面位移量隨觀測時間的變化曲線

由圖5可知，前30 d內(nèi)，110501膠帶順槽表面位移量增長速度較快；在30 d 后110501 膠帶順槽表面位移量趨于穩(wěn)定，且巷道頂?shù)装遄畲笠平繛?24 mm，兩幫最大移近量為72 mm。由此可見留巷段巷道圍巖變形控制效果較好，滿足下階段巷道使用要求。此外，龐龐塔煤礦回采工作面間通常留設(shè)20 m 寬的區(qū)段煤柱，110501 綜采工作面采用“110 工法”開采后，多回收煤柱資源約5.8 萬t，創(chuàng)造經(jīng)濟效益約3 480 萬元。

5 結(jié)語

根據(jù)龐龐塔煤礦實際生產(chǎn)地質(zhì)條件，對110501 綜采工作面采用“110 工法”關(guān)鍵技術(shù)進行設(shè)計，主要取得以下成果：

1）基于110501 膠帶順槽原支護方案，提出恒阻大變形錨索補強支護方案，并進行了具體參數(shù)設(shè)計。

2）基于110501 工作面地質(zhì)條件和110502 工作面留巷經(jīng)驗，對頂板預(yù)裂切縫孔布置方案進行設(shè)計。

3）基于沿空留巷不同區(qū)段巷道變形特點，將110501 工作面留巷劃分為超前支護區(qū)（工作面前方20 m），架后臨時支護區(qū)（架后0～300 m）和成巷穩(wěn)定區(qū)（架后300 m 之后）三個區(qū)段，并進行了針對性支護設(shè)計。

4）現(xiàn)場應(yīng)用結(jié)果表明：沿空留巷后110501 膠帶順槽頂?shù)装遄畲笠平繛?24 mm，兩幫最大移近量為72 mm，滿足下階段使用要求，且多回收煤柱資源約5.8 萬t，創(chuàng)造經(jīng)濟效益約3 480 萬元。