薄煤層復合頂板“110 工法”的實踐應用研究

王 飛

（山西煤炭運銷集團古縣東瑞煤業有限公司，山西 臨汾 041000）

1 工程概況

東瑞煤業2101 工作面主采2#煤層，2#煤層厚0.80～1.00 m，平均厚0.9 m，穩定可采，結構簡單。煤層基本頂為泥巖、粉砂巖、細砂巖，厚度為5～10 m；直接頂為泥巖和砂質泥巖，厚度為2～5 m；偽頂為泥巖和碳質泥巖，厚度為0.2～0.5 m；直接底為泥巖，厚度為1～3 m。

2101 綜采工作面采用綜采工藝。2101 工作面巷道為矩形斷面，尺寸寬×高=3.5 m×2.8 m，采用“錨桿+錨索+菱形網+鋼筋鋼帶”聯合支護。頂上鋪8#加強菱形網，排排上5 眼、4 m 長鋼筋鋼帶，每隔3 m 在兩排鋼帶中間布置一排錨索，間排距1800 mm×3000 mm；兩幫掛8#加強菱形網，排排上3 眼、2.14 m 長鋼筋鋼帶，鋼帶3 眼全部布置錨桿，間排距1000 mm×900 mm，第一排距頂500 mm，且為角錨桿（75°）。

2 切頂卸壓沿空留巷方案

為優化回采工藝、節約生產成本、提高生產效率，2101 綜采工作面采用110 工法[1-2]，切頂卸壓沿空留巷開采，2101 輔運順槽切頂留巷寬度為3.5 m，高度為2.8 m。110 工法即每個工作面只需掘進一條回采巷道，另一條巷道通過切頂卸壓自動成巷形成。工作面煤層回采前，在回采巷道沿即將形成的采空區側定向爆破預裂切頂，采用恒阻大變形錨索支護回采巷道頂板圍巖。工作面回采后，在礦山壓力作用下沿切縫將頂板切落形成巷幫，既隔離采空區，又保證了該回采巷道的完整性，減弱了頂板的周期性壓力。

2.1 施工工藝

2.1.1 恒阻錨索加強支護

超前工作面40 m 開始進行錨索加強支護，使用恒阻大變形錨索恒阻器，恒阻器型號為HZS35-300-0.5，錨索直徑21.6 mm。恒阻大變形錨索（Φ21.6 mm×8300 mm）=恒阻器+普通鋼絞線錨索。恒阻大變形錨索垂直于頂板方向布置，第一列恒阻大變形錨索布置在距離切縫線500 mm 處，排距1000 mm，恒阻大變形錨索預緊力不小于28 t，沿巷道方向配合W 型鋼帶使用；第二列為普通錨索（Φ21.6 mm×8300 mm），布置在距離第一列錨索1000 mm處，排距為2000 mm，預緊力不小于15 t。切頂孔位于靠近采空區側巷道頂板，并向巷內偏移200 mm，與豎直方向呈15°夾角。在輔運巷上幫中部打一列錨桿（Φ20 mm×2200 mm），垂直巷幫，間距1000 mm，錨桿間用W 型鋼帶，使用兩支錨固劑，1 支K2335，一支Z2360。

2.1.2 密集切頂孔施工

距回采工作面超前30 m 處，在距采空區側200 mm 處鉆設一排切頂孔，切頂孔深6 m，切頂孔向采空區側傾斜15°，切頂孔間距為250 mm。

2.1.3 切頂留巷擋矸

留巷側采用可伸縮25U 型鋼和鋼筋網、風筒布進行聯合擋矸，防止頂板垮落的巖石涌入巷道。

“U 型鋼+鋼筋網”聯合擋矸支護：25 號U型鋼長度為2200 mm，兩個U 型鋼使用兩個卡蘭搭接組成一榀U 型鋼架，搭接長度1200 mm，組合后的U 型鋼架高度為3200 mm?？ㄌm上下沿距U 型鋼搭接端頭各150 mm，卡蘭寬度100 mm。U 型鋼架的間距為500 mm，底部臥底200 mm，頂部卡入孔內。由于切縫距巷道邊緣200 mm，擋矸在巷道邊緣基礎上向巷道中線偏移200 mm，置于切頂孔正下方。擋矸支護側視圖如圖1。

圖1 擋矸支護側視圖（mm）

兩根U 型鋼用卡蘭固定搭接形成可伸縮擋矸U型鋼架，U 型鋼架間采用連桿連接。連桿使用厚度8～10 mm 的鋼板，尺寸寬70 mm×長460 mm 的長條形，兩端鉆設直徑20 mm 螺栓孔，連接在兩個卡蘭之間。

在綜采支架側方掛設擋矸鋼筋網，擋矸鋼筋網設兩層，中間夾一層風筒布。擋矸鋼筋網尺寸為2000 mm×3000 mm，鋼筋直徑為6 mm，網格規格為40 mm×40 mm。擋矸鋼筋網頂端與巷道頂板鋼筋網之間重疊100 mm，并通過16#扎絲綁扎，底端與底板接觸。綁扎時按W 形方式進行綁扎，每100 mm 設一處綁扎。

2.1.4 超前支護及切頂柱打設質量要求

（1）兩巷超前支護單體柱必須成一直線，偏差大于等于100 mm。兩巷單體柱每天進行抽檢（每巷3 根），單體柱初撐力不得低于11.4 MPa。

（2）所有支柱必須采取可靠的防倒措施，以防歪倒傷人。防倒鏈一端掛在頂板鋼筋網片上，一端拴在單體柱油缸上，聯接必須牢固。

（3）底板松軟時，單體柱要穿柱鞋，使鉆底量不超過100 mm。如繼續鉆底量超過100 mm，必須墊道木加強底板強度，單體柱再穿柱鞋，必須保證單體柱初撐力。

（4）輔運順槽端頭支架距離第三列單體超過1200 mm 時，需進行臨時支護，支護形式為單體配備鉸接梁架設臨時支護點，來保證支護達標可靠。

2.1.5 采空區密閉

留巷期間，采用高分子材料（A、B 料）對留巷側擋矸支護進行噴涂，封堵采空區瓦斯等有害氣體。A、B 料按1:1（質量比）配比，噴涂厚度為50 mm，噴涂緊跟擋矸支護進行噴涂，噴涂滯后最多不大于10 m。

高分子材料A、B 料分類獨立存放，專人管理，根據需用量確定采購量及下井量，隨用隨下，井下儲存量最多不能超過一天的使用量，且必須存儲在頂板支護完好、無淋水、通風良好的硐室或巷道中。高分子材料應儲存在干燥、通風、防潮、防曬處，碼放高度不得超過 1.5 m，運輸過程中要防止雨淋、日曬、劇烈沖擊和包裝損壞，裝運時要輕拿輕放。

2.2 巷道支護

根據切頂留巷方案，將巷道劃分為超前支護區、留巷臨時支護區和成巷穩定區，根據分區采取不同的支護措施。

超前支護區（煤壁前方0～30 m）位于工作面超前采動影響區，需超前加強支護。

留巷支護區（架后0～200 m）位于工作面滯后影響區，巷道受動壓影響明顯，頂板壓力較大，頂板需要臨時加強支護。留巷臨時支護主要采用DW35 單體液壓支柱配合鉸接梁，即“一梁一柱”成列進行支護，排距1200 mm，單體柱每天抽檢5根，單體柱初撐力不得低于20 MPa。

成巷穩定區（架后200 m 之后）受采動影響較小，當留巷頂、底板及兩幫變形量每月小于10 mm/m 時，可回撤留巷內200 m 之后單體、鉸接梁支護；當留巷頂、底板及兩幫變形量每月大于10 mm/m 時，不得回撤單體、鉸接梁支護。

3 應用效果分析

3.1 留巷效果

根據現場監測數據，切眼后15 m 測點巷道高度開始降低，變化幅度180～240 mm；切眼后100～130 m 范圍內巷道高度變化趨勢明顯增大，即頂底板移近量增幅劇烈，其中頂板下沉180～240 mm，底鼓180～340 mm；當留巷240～260 m 時，此段巷道高度趨于穩定，頂底板移近量幾乎不再增加。

當前2101 工作面已回采結束，留巷段頂、底板無明顯變形，留巷效果達到預期目標。頂板總體較為完整，除留巷段20～80 m 頂底板移近量最大達0.8 m、巷道高度最低2.2 m，其余范圍內巷道高度普遍為2.6～3.0 m，幫鼓量為0.1～0.2 m，基本無影響。

3.2 應用成效

“110 工法”在2101 工作面回采中應用效果顯著，主要表現在以下幾點：（1）該技術的應用有利于解決工作面上隅角瓦斯問題。（2）該技術的應用有利于提高煤炭資源回收率，延長礦井服務年限。按照傳統的布置方式每兩個回采工作面之間至少留設一個煤柱，實施切頂卸壓自成巷無煤柱開采技術，可有效回收這部分資源，資源回收率提高12%。（3）該技術的應用有利于合理優化采、掘、抽布局。切頂卸壓自動成巷技術一個工作面少掘送一條巷道，所留巷道繼續服務下一個工作面，構成工作面時間縮短，使抽采時間更充分，礦井采、掘、抽銜接更合理。

4 經濟效益分析

（1）切頂留巷成本：留巷728 m，共1022 萬元，每米單價14 030 元。其中：巷道恒阻大變形錨索頂板加強支護、頂板切縫、爆破材料，單價5100 元/m，共443.7 萬元。支護材料、擋矸材料、封閉材料，單價7830 元/m，共570 萬元。留巷投入的人工費及后期維護人工費，單價1100 元/m，共80 萬元。

（2）掘送一條巷道的成本：525 萬元。相鄰工作面少掘送一條巷道885 m，成本5900 元/m。

（3）實際效益：回收煤柱2386 萬元（多回采原煤7.02 萬t，原煤價格340 元/t），切頂留巷成本1022 萬元，新增效益2386+525-1022=1889 萬元。