曉南礦??奚德明 ?石振文 ?魯連喜 ?王則行

摘 ?要：很長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)我國(guó)工作面回采巷道主要采用留設(shè)區(qū)段煤柱，而傳統(tǒng)的留設(shè)區(qū)段煤柱開采方式無(wú)法進(jìn)行回收，衰老礦井經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間開采所造成的資源浪費(fèi)和采掘接續(xù)緊張的問(wèn)題普遍存在。如何解決這一問(wèn)題，成為我們當(dāng)下的難題，而“110工法”（“切頂卸壓-沿空留巷”無(wú)煤柱開采技術(shù)）是解決這一難題的關(guān)鍵技術(shù)，同時(shí)可以改變和優(yōu)化經(jīng)典的圍巖分布規(guī)律，大幅度減少圍壓力。

關(guān)鍵詞 ：衰老礦井 ?110工法 ?新技術(shù)

1 . 曉南礦基本情況

曉南礦位于鐵法煤田東南邊緣，井田南北走向長(zhǎng)5.5公里，東西傾斜寬4.2公里，井田面積23平方公里。于1980年9月28日建成投產(chǎn)，現(xiàn)核定生產(chǎn)能力為210萬(wàn)噸/年，經(jīng)過(guò)近40年的開采，礦井資源日益減少，面臨資源枯竭和地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，賦存條件差等問(wèn)題，如何減少煤炭資源的浪費(fèi)，提高煤炭資源回采率，成為我們曉南人當(dāng)下的難題。

傳統(tǒng)的開采方式通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)和管理等方式對(duì)煤炭資源回采率很難再有較大的提高，必須突破老的觀念，積極采用新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備、新材料。通過(guò)查找相關(guān)資料和外出考察，確定“110工法”（“切頂卸壓-沿空留巷”無(wú)煤柱開采技術(shù)）是解決這一難題的關(guān)鍵技術(shù)，而且比較適合曉南礦現(xiàn)有井下條件。????

2 . “110工法”概述

“110工法”即每個(gè)工作面只需掘進(jìn)一條巷道，另一條巷道由相鄰工作面在回采過(guò)程中通過(guò)切頂卸壓技術(shù)自動(dòng)形成，且無(wú)需留設(shè)面間煤柱。關(guān)鍵技術(shù)在于采用恒阻錨索加強(qiáng)頂板支護(hù)，保證恒阻錨索吊住上覆巖層基本頂，并使用聚能管進(jìn)行頂板定向預(yù)裂爆破，工作面周期來(lái)壓時(shí)頂板能沿著預(yù)裂方向?qū)㈨敯迩新湎聛?lái)形成巷幫，使用架后擋矸支護(hù)維護(hù)新形成的巷道。

見圖1 “110工法”沿空留巷示意圖。

其核心步驟如下：

第一步：利用恒阻錨索對(duì)巷道頂板加強(qiáng)支護(hù)，以保證隨后預(yù)裂頂板、切頂時(shí)不影響自動(dòng)形成的巷道質(zhì)量；

第二步：利用切縫鉆機(jī)施工爆破鉆孔，采用聚能爆管導(dǎo)向爆破方式超前預(yù)裂頂板，在頂板形成裂縫；

第三步： 工作面煤層回采后，在礦山壓力作用下， 將頂板切落下來(lái)形成巷幫 ，利用原巷道并經(jīng)加強(qiáng)支護(hù)形成新巷道， 同時(shí)借助巖石碎脹系數(shù)使巖石破碎后的體積增大為原來(lái)的1.3倍，壓實(shí)并隔斷采空區(qū)，從而自動(dòng)形成下一條回采巷道。

圖1 ?“110工法”沿空留巷示意圖

3 . “110工法”與傳統(tǒng)“121工法”對(duì)比

曉南礦一直以來(lái)都是“121工法”，即每回采一個(gè)工作面，需掘進(jìn)兩條順槽、留設(shè)一個(gè)煤柱，該采煤工藝導(dǎo)致回采率低、大量資源浪費(fèi)；地表破壞，環(huán)境損傷嚴(yán)重;巷道掘進(jìn)量大；巷道受動(dòng)壓影響維護(hù)量大，成本居高不下。

采用“110工法”切頂卸壓自動(dòng)成巷技術(shù)，每回采一個(gè)工作面，只需掘進(jìn)一條順槽，不用留設(shè)護(hù)巷煤柱。通過(guò)恒阻錨索加強(qiáng)頂板支護(hù)，保證恒阻錨索吊住上覆巖層基本頂，并使用聚能管進(jìn)行頂板定向預(yù)裂爆破，工作面周期來(lái)壓時(shí)頂板能沿著預(yù)裂方向?qū)㈨敯迩新湎聛?lái)形成巷幫，切斷壓力傳導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)卸壓作用，最后使用架后擋矸支護(hù)維護(hù)新形成的巷道作為下一個(gè)工作面順槽，改變?yōu)橐幻嬉幌锊删蚰Ｊ?。?duì)于曉南礦安全高效開采具有重大的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)意義。 圖2 110工法與121工法對(duì)比圖

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圖2 110工法與121工法對(duì)比圖

4 . “110工法”應(yīng)用的意義

4.1減災(zāi)意義

由于留設(shè)煤柱上方應(yīng)力集中而引起的巷道圍巖變形，采用“110工法”切頂卸壓無(wú)煤柱開采技術(shù)將是衰老礦井的重要發(fā)展方向，在提高煤炭回收率的同時(shí)，有效防止頂板災(zāi)害事故。采用“110工法”切頂卸壓無(wú)煤柱自成巷開采技術(shù)可實(shí)現(xiàn)：形成Y型通風(fēng)方式，利于瓦斯防治；切斷“砌體梁”或者“傳力巖梁”的壓力傳遞，成功轉(zhuǎn)化為“切頂短臂梁” ；改變和優(yōu)化經(jīng)典的圍巖分布規(guī)律；利用礦壓和圍巖運(yùn)動(dòng)自動(dòng)成巷，實(shí)現(xiàn)無(wú)煤柱開采；圍壓大幅度減少；采用頂板預(yù)裂切縫超前壓力大幅度減少；圍巖變形量，底臌量大大減少，有效減少巷道維修量；臨空巖柱壓力小和圍巖完整性好。圖3 “110工法”與“121工法”頂板壓力對(duì)比

圖3 “110工法”與“121工法”頂板壓力對(duì)比

4.2經(jīng)濟(jì)意義

4.2.1實(shí)施“110工法”每個(gè)工作面可以少掘一條回采巷道，曉南礦每年需回采3～4個(gè)工作面，每個(gè)工作面回采長(zhǎng)度按1000m計(jì)算，可以減少巷道掘進(jìn)工程量3000～4000m。

4.2.2實(shí)施“110工法”可以取消護(hù)巷煤柱，曉南礦工作面護(hù)巷煤柱一般為5m，煤層厚度1.5m，每個(gè)工作面回采長(zhǎng)度按1000m計(jì)算：

Q=?a ? b ? m ? γ=5?1000?1.5?1.65=12375t

式中： ???????Q?--------?護(hù)巷煤柱儲(chǔ)量，t；

a --------?護(hù)巷煤柱實(shí)測(cè)寬度，取5m；

b -------- 工作面實(shí)測(cè)回采長(zhǎng)度，取1000m；

m -------- 工作面的平均煤層厚度，取1.5m；

γ -------- 煤的視密度，取1.65t/m³。

通過(guò)計(jì)算平均每個(gè)工作面，可以多回采12375t，按每年回采4個(gè)工作面時(shí)，可以多回采煤炭49500t，減少煤炭損失，提高煤炭回收率，延長(zhǎng)礦井服務(wù)年限，實(shí)現(xiàn)煤炭資源完全開采，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

4.3社會(huì)意義

曉南礦采用常規(guī)留設(shè)區(qū)段煤柱方法資源回收率低，沒(méi)有改變頂板的傳力結(jié)構(gòu)，巷道受動(dòng)壓影響維護(hù)量大，支護(hù)困難。

采用“110工法”后，可以有效地降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，做到安全條件下施工；少掘一條巷道，從而直接降低了巷道掘進(jìn)事故的發(fā)生，同時(shí)極大緩解礦井采掘銜接矛盾，提高了煤炭回收率，有利于生產(chǎn)集中化和高產(chǎn)高效；切頂卸壓后，降低了工作面一定范圍內(nèi)的周期壓力和巷道內(nèi)的壓力，從而提高了生產(chǎn)安全性。

5 . 曉南礦實(shí)施“110工法”面臨的問(wèn)題

由于“110工法”主要針對(duì)的是頂板管理相關(guān)內(nèi)容，未對(duì)“一通三防”相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行研究，所以曉南礦通過(guò)外出考察后總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)本礦實(shí)際，提出以下問(wèn)題：

5.1頂板管理

回采前如何補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，支護(hù)參數(shù)合理選擇；如何保證切頂效果，控制頂板壓力，回采后采空區(qū)側(cè)架后巷幫支護(hù)等問(wèn)題。

5.2通風(fēng)方式選擇

是采用“一進(jìn)兩回”的“W”型通風(fēng)方式還是采用“兩進(jìn)一回”的“Y”型通風(fēng)方式對(duì)通風(fēng)管理更為有利。

5.3工作面瓦斯防治問(wèn)題

為保證留巷效果，沿空留巷區(qū)域不宜施工瓦斯鉆場(chǎng)，這就造成了瓦斯治理難度的增大，需要提前考慮如何解決回采期間的瓦斯問(wèn)題，并采取相應(yīng)安全措施。

5.4防治自然發(fā)火問(wèn)題

采用“110工法”后，采空區(qū)自然發(fā)火的問(wèn)題，必須提前采取相應(yīng)安全措施。

6 . 曉南礦實(shí)施“110工法”解決方案

6.1頂板管理

編制“110工法”專項(xiàng)安全技術(shù)措施并加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)施工管理，確保巷道支護(hù)強(qiáng)度和頂板預(yù)裂切縫質(zhì)量，每天有專人負(fù)責(zé)檢查驗(yàn)收。預(yù)裂孔爆破后，使用專用的鉆孔成像儀進(jìn)行抽檢分析，對(duì)預(yù)裂效果達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的及時(shí)提出裝藥參數(shù)修改，并結(jié)合基本頂厚度調(diào)整預(yù)裂孔的深度、聚能管的長(zhǎng)度和裝藥量，確保達(dá)到最佳頂板預(yù)裂效果。

使用全方位一體化監(jiān)控監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)巷道表面位移、錨索受力和變形量、單體支柱受力及縮量、工作面液壓支架受力、頂板碎脹系數(shù)、采空區(qū)自燃“三帶”等進(jìn)行監(jiān)控監(jiān)測(cè)和信息采集。收集的信息、數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，對(duì)施工設(shè)計(jì)及時(shí)進(jìn)行修改，確保施工安全。

6.2通風(fēng)方式

經(jīng)過(guò)外出對(duì)各地沿空留巷技術(shù)實(shí)地考察學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，并與集團(tuán)公司通風(fēng)處研究“Y”型和“W”型通風(fēng)方式的優(yōu)缺點(diǎn)，決定N1-1502工作面采用“兩進(jìn)一回”的“Y”型通風(fēng)方式，N1-1502運(yùn)輸順槽和N1-1502入風(fēng)改造道進(jìn)風(fēng)，N1-1502回風(fēng)順槽回風(fēng)。見圖4 曉南礦N1-1502工作面留巷初期通風(fēng)系統(tǒng)示意圖。

在留巷生產(chǎn)中由于運(yùn)順留巷段與工作面回風(fēng)隅角壓差較大，工作面絕對(duì)瓦斯涌出量達(dá)到18m?/min，且抽采效果不好，為了減少留巷段向采空區(qū)內(nèi)漏風(fēng)，在集團(tuán)公司領(lǐng)導(dǎo)和處室技術(shù)人員共同指導(dǎo)下對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整。將N1-1502入風(fēng)改造道更改為N1-1502回風(fēng)輔助道，N1-1502運(yùn)輸順槽入風(fēng)，N1-1502回風(fēng)輔助道和N1-1502回風(fēng)順槽回風(fēng)。見圖5 曉南礦N1-1502工作面調(diào)整后期通風(fēng)系統(tǒng)圖。

圖4 曉南礦N1-1502工作面留巷初期通風(fēng)系統(tǒng)示意圖

圖5 曉南礦N1-1502工作面調(diào)整后期通風(fēng)系統(tǒng)圖

6.3工作面瓦斯防治措施

1. 本煤層預(yù)抽；（2）埋管抽采；（3）高位鉆場(chǎng)抽采；（4）減少采空區(qū)瓦斯涌出量。（5）建立形成臨時(shí)抽采系統(tǒng)，單獨(dú)鋪設(shè)瓦斯抽采管路，利用井下臨時(shí)抽采泵站與地面永久瓦斯抽采泵站配合同時(shí)對(duì)N1-1502工作面采空區(qū)進(jìn)行抽采。

通過(guò)以上措施的實(shí)施，N1-1502工作面回風(fēng)流甲烷濃度明顯降低，保障了工作面安全回采。

6.4工作面防治自然發(fā)火措施：

（1）加強(qiáng)自然發(fā)火標(biāo)志性氣體監(jiān)測(cè)，每隔50m設(shè)置一組測(cè)點(diǎn)。

（2）在埋管抽采中安設(shè)一氧化碳傳感器，如一氧化碳濃度達(dá)到200PPm或出現(xiàn)乙烯時(shí)，停止埋管抽采，并采取防滅火措施。利用中央砂井制氮機(jī)向采空區(qū)內(nèi)進(jìn)行注氮?dú)狻?/p>

（3）利用KJ428礦用分布式激光火情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)采空區(qū)進(jìn)行火情監(jiān)測(cè)。

（4）運(yùn)輸順槽向采空區(qū)內(nèi)埋設(shè)兩趟注氮φ108mm注氮管路，實(shí)現(xiàn)跨步式埋設(shè)，埋入深度在30～70米范圍。

（5）在運(yùn)輸順槽硬幫和開切眼硬幫進(jìn)行噴漿，防止煤炭進(jìn)入采空區(qū)后發(fā)生自燃。

（6）在地面中央砂井建設(shè)粉煤灰灌漿站，根據(jù)工作面傾向情況，定期向采空區(qū)內(nèi)灌漿。

（7）防止采空區(qū)漏風(fēng)措施：由于N1-1502工作面屬于容易自燃煤層，為了減少采空區(qū)漏風(fēng)，隨工作面的推進(jìn)及時(shí)使用擋矸網(wǎng)+風(fēng)筒布+金屬網(wǎng)，噴涂距離保證不超過(guò)工作面液壓支架5m。在成巷穩(wěn)定區(qū)內(nèi)，對(duì)開裂處進(jìn)行補(bǔ)噴封堵，盡可能的減少采空區(qū)漏風(fēng)。經(jīng)過(guò)測(cè)量，工作面的壓差為120Pa，留巷與N1-1502工作面回風(fēng)隅角壓差為123Pa，留巷段漏風(fēng)量始終控制在50～80m?/min之間。通過(guò)一段時(shí)間觀測(cè)，采空區(qū)無(wú)自然發(fā)火征兆。

7結(jié)語(yǔ)

通過(guò)探索研究和實(shí)踐，在整個(gè)“110工法”無(wú)煤柱開采技術(shù)實(shí)施工程中，對(duì)施工情況每月進(jìn)行一次總結(jié)，對(duì)每一個(gè)施工項(xiàng)目進(jìn)行一次總結(jié)，對(duì)“切頂卸壓-沿空留巷” 無(wú)煤柱開采技術(shù)進(jìn)行綜合總結(jié)。確保記錄下，施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，為下一次施工提供技術(shù)及經(jīng)驗(yàn)支撐。

曉南礦通過(guò)實(shí)施“110工法”新技術(shù)，取消護(hù)巷煤柱，可以有效提高煤炭資源回收率，延長(zhǎng)礦井服務(wù)年限，減少巷道量掘進(jìn)工作量，實(shí)現(xiàn)工作面連續(xù)開采，減少巷道圍巖壓力對(duì)工作面的影響，經(jīng)濟(jì)效益顯著。有利于緩解采掘接續(xù)緊張的問(wèn)題，對(duì)于曉南礦安全高效開采具有重大的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)意義。對(duì)于相同地質(zhì)條件下的其它煤礦，具有普遍指導(dǎo)意義和推廣應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] ?郭志飚《無(wú)煤柱自成巷110工法規(guī)范》[S]，中國(guó)煤炭建設(shè)協(xié)會(huì)，中煤建協(xié)字[2019] 80號(hào)。

作者簡(jiǎn)介?：奚德明（1986年2月-），男，工程師。2009年畢業(yè)于遼寧工程技術(shù)大學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)院礦山測(cè)量專業(yè)，現(xiàn)在鐵煤集團(tuán)曉南礦工程地測(cè)大隊(duì)任技術(shù)主管，曾在省級(jí)刊物發(fā)表論文1篇，鐵法科技上發(fā)表論文1篇。聯(lián)系電話：13841079858。

王則行（1986年2月-），男，高工。2002年畢業(yè)于黑龍江科技學(xué)院采礦工程專業(yè)，現(xiàn)在鐵煤集團(tuán)曉南礦工程地測(cè)大隊(duì)任隊(duì)長(zhǎng)，曾在省級(jí)刊物發(fā)表論文9篇，鐵法科技上發(fā)表論文1篇。聯(lián)系電話：13591009582。