110工法在采矿实践工程中应用

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摘要：长壁开采切顶短壁梁理论及其110工法的提出，是煤矿开采的一次关键性技术变革。采用该技术有效降低了巷道掘进率，缓解了矿井采掘衔接紧张的问题，在采矿实践工程中取得了较好的社会效益和经济效益。以山西曙光煤矿1226工作面、1228工作面为工程背景，分析探讨了110工法在采矿过程中的应用情况以及应用过程中存在的一些技术问题，以期为今后110工法在煤矿开采工作中的进一步推广应用积累宝贵经验。

关键词：110工法；切顶卸压；无煤柱开采

何满潮院士等提出的长壁开采切顶短壁梁理论及110工法补充完善了煤炭开采科学技术存在的不足，推动煤炭开采科学技术进人新纪元。通过对主动支护下沿空留巷顶板破碎原因的分析［3］，要求巷旁支护与煤体之间的相互作用需协调匹配；对锚网索联合支护沿空留巷顶板离层的分析［4］，为沿空留巷围岩稳定性控制提供了理论依据。在实际应用中，需综合考虑围岩、煤体、支护体之间的相互作用，才能在具体工程实践中进一步丰富完善110工法。

1工程概况

曙光煤矿现采1228工作面位于该矿井井田一采区西翼，东临集中轨道巷，南为1226工作面（已采），西部因地质构造影响未掘进至一采区边界，北为未回采的1230工作面。1228工作面材料巷为1226工作面运输巷留巷，1228运巷（留巷）将作为下一个未采工作面1230工作面的材料巷。1228工作面可采走向长度1634m，倾向长度240m（中一中），实体长236m，平均采高为2．7m。工作面标髙最低＋463m，最高＋509m。该工作面现运输巷留巷708m〇1226工作面、1228工作面煤层老顶为细砂岩，直接顶为粉砂质泥岩，伪顶为碳质泥岩，直接底为粉砂岩，老底为砂质泥岩。该矿总体采用“切顶卸压＋恒阻大变形锚索支护”为主体的设计方案在1226工作面、1228工作面开展110工法试验。

2施工方案

2．1施工恒阻锚索

1226X作面、1228工作面运用110工法，采用以“切顶卸压＋恒阻大变形锚索支护”为主体的设计方案进行预裂切缝爆破。同时，利用恒阻大变形锚索进行补强支护，以控制顶板下沉。恒阻大变形锚索直径21．8mm，恒阻器长450mm，直径85mm，恒阻值为32t，预紧力大于等于25N。

2．2顶板预裂切缝

在1226工作面和1228工作面运输巷靠近回采侧范围内进行切顶爆破，切缝孔布置于距回采侧煤帮150mm处，排距为500mm，钻头直径50mm，钻孔深度为11m，向煤壁侧倾斜角度为75。。施工时至少超前工作面50m。切缝孔施工完成后，根据要求采用双向聚能爆破进行顶板预裂切缝。切缝钻孔布置及加强支护剖面图如图1所示。切缝钻孔布置及加强支护展开图如图2所示。

3巷道支护

在工作面推进过程中，不同位置巷道受采动影响不同。根据支护效果及数据分析，将工作面附近划分为3个区，即超前支护区（工作面前方30m）、架后临时支护区（架后0￣300m）和成巷稳定区＠5后300m之后），不同分区根据需要采取不同的支护措施。超前支护区：采用单体液压支柱配合TT型钢梁及滑移式超前支护装置（ZQH2x3400／24／34）进行超前支护，支护距离不小于30m。架后临时支护区：架后临时支护主要采用型梁和单体柱一梁四柱进行超后支护9成巷稳定区：此段巷道受采动影响很小，根据矿压监测结果，当顶底板移近量及顶板锚索受力趋于稳定时，可认为该区域顶板已趋于稳定状态，可隔一架拆除一架，循环使用。为防止漏风现象发生，在钢筋网与可缩U型钢之间铺设风筒布，高度取4．0m，上下各超出300mm，超出部分固定到顶底板并进行有效封闭。风筒布搭缝处宽度30cm，固定后亦进行封闭处理。

4留巷效果

1226工作面运输巷已成功留巷1362m，1228工作面目前已成功留巷708m。110工法切顶卸压自成巷技术在曙光煤矿的应用取得了良好的试验效果，为今后在相似地质条件下的推广应用奠定了基础，并积累了宝贵的经验。

5应用探讨

在1226工作面、1228工作面留巷内均布置矿压监测观测点。随着工作面的推进，观测的相关变化量呈现出一定的变化规律。

5．1顶板下沉

留巷内顶板在推进过程中累计下沉量在50mm左右，局部应力集中区顶板下沉量为150mm。

5．2底鼓及两帮收缩

在距工作面30￣100m范围，底鼓及收缩量每日逐步增大，增大幅度加快；在距工作面300m外，底鼓及收缩量每周缓慢增大，增大幅度均在50mm左右，且煤柱侧累计收缩量较大，挡矸侧累计收缩量较小。

5．3巷道顶板离层监测锚索受力和变形量监测

在工作面推进过程中，在距工作面50m范围内，离层仪测力计数据增大量为10mm；恒阻锚索测力计数据增大量在10kN左右；在距工作面50￣150m范围，离层仪测力计数据增大量为20mm；恒阻锚索测力计数据增大量在30kN左右；在距工作面150￣300m范围，离层仪测力计、恒阻锚索测力计数据基本趋于稳定；在距工作面300m范围外，数据变化量趋于稳定，无明显增大的现象。

6存在的问题及解决方案

6．1恒阻锚索出现锁具滑脱现象

在工作面推进过程中，机头前后50m范围内，部分恒阻销索预留的外露长度减少，但是锚具没有缩进至恒阻器中起到让压的作用。出现这种情况的主要为靠近切顶侧的恒阻锚索锁具。对于外露长的锚索，在原锁具下再加一个锁具并重新加压；对于外露短的重新补打锚索。在预裂爆破后，及时对爆破地点附近的锚索进行二次加压，确保锚索的预紧力符合要求。针对恒阻锚索脱落后无法再补加锁具的情况，需对收缩严重区域补打锚索，重新维护。

6．2巷道内局部顶板破碎严重

针对过陷落柱、断层等情况导致巷道内顶板及煤帮侧局部破碎的情况，可以通过提前打设恒阻锚索支护以及对巷道内顶板及煤帮侧提前进行注浆维护的方式解决。

6．3预裂爆破过程中炮眼封堵不实冲孔率偏高

根据施工标准要求，冲孔率不得超过20％，实际达到35％左右。为施工队组配备矿用防爆型炮泥机后，提高了炮泥的制作质量和工作效率，有效减少了炮眼冲孔现象的发生，冲孔率由原来的35％左右降低到现在的不到17％。

6．4局部地段预裂爆破切缝效果差

预裂爆破施工时，按原设计爆破参数进行爆破后顶板切缝效果较差。实际施工过程中加强了对顶板岩性的探测，采用钻孔窥视仪对施工的预裂爆破炮眼进行窥视，掌握顶板岩性结构变化情况，及时调整装药结构，并对已爆破效果较差地点进行补爆。

6．5挡矸U型钢向巷中挤出挡矸效果差

挡矸U型钢设计不合理，原设计挡矸U型钢上部一节与顶板接触段为斜切45°，下部一节为平头，底板需挖500mm的柱窝埋入底板，加工的U型钢挡砰效果差，容易挤出，且局部U型钢扭曲变形。工程实践中改进了U型钢加工方法，在U型钢上部焊接圆钢，外露超出U型钢300mm，外圆钢倾斜15°（与切缝孔倾斜角度一致）使圆钢插进切缝孔中，同时在下部一节也焊接圆钢，外露超出U型钢300mm，与U型钢平行。架设挡矸U型钢时，在切缝孔的正下方底板400mm处将圆钢插入钻孔中，有效解决了挡矸U型钢容易挤出的问题。另外，在作业过程中使用力矩扳手紧固法兰螺母，确保螺母紧固力矩不超120N－m。

6．6工作面刮板输送机前后穿影响留巷挡矸架设

工程实践中标定了材、运巷中心线，工程技术人员每班测量刮板输送机机头、机尾距巷道中心线的距离，及时将数据反馈给队领导和采煤机司机，采煤机司机根据要求在割煤过程中严格控制机头机尾的推进度，一旦1＃支架与切缝孔的距离超过600mm，需在1＃支架与切缝孔间架设迈步梁对顶板进行维护，并调整支架。

7经济效益

1226工作面使用无煤柱开采新技术后，曙光煤矿增加收入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，实现利润4．2669xl06元。1228工作面使用无煤柱开采新技术后，曙光煤矿收入增加了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，实现利润2．0616xl06元。1226工作面及1228工作面共计实现利润6．3285xl06元。

8结语

切顶卸压110工法具有巨大的技术优势，在曙光煤矿的成功应用，减少了矿井煤炭资源损失的同时降低了矿井巷道掘进率，经济效益可观。根据110工法在1226工作面和1228工作面的应用情况，总结了相关矿压显现规律，研究结果为类似条件切顶卸压自成巷工作面的管理提供了参考，对110工法的进一步推广应用具有重要意义。

参考文献：

［1］何满潮，宋振骐，王安，等．长壁开采切顶短壁梁理论及其110工法：第三次矿业科学技术变革［J］．煤炭科技，2017，38（1）：1－9．

［2］何满潮，陈上元，郭志飚，等．切顶卸压沿空留巷围岩结构控制及其工程应用［J］．中国矿业大学学报，2017，46（5）：959－969．

［3］张国华．主动支护下沿空留巷顶板破碎原因分析［J］．煤炭学报，2005，30（4）：429－432．

［4］唐建新，邓月华，涂兴东，等．锚网索联合支护沿空留巷顶板离层分析［J］．煤炭学报，2010，35（11）：1827－1831．

作者:贾继宝 单位:山西焦煤汾西矿业（集团）有限责任公司．