薄及中厚煤层无煤柱自成巷技术研究与应用

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　　中图分类号：P635 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）06-0228-01
　　一、引言
　　中国是世界上发现和利用煤炭最早的国家之一。新中国成立后，综合机械化回采开始普及。其中以长壁式开采121工法使用最为广泛，即回采一个工作面，需要掘进两条巷道（区段运输平巷和区段回风平巷），同时在上区段运输平巷与下区段回风平巷之间保留一个宽20米的保护煤柱。
　　近年来，龙煤集团双鸭山分公司先后引进多种薄及中厚煤层沿空留巷工艺——矸石砌墙、煤粉掺水泥编织袋码墙、膏体充填等工艺。虽然可以在一定程度上提高煤炭采区回采率、缓解采掘接续紧张、降低应力集中减少动力灾害等优势。但是由于沿空留巷工艺对留巷段上覆顶板切顶效果控制不佳，导致成巷后巷道返修工程增加、维护成本上升，且需要专职队组进行施工，造成生产成本增加、生产准备时间延长的难题。
　　二、薄及中厚煤层无煤柱自成巷技术原理
　　薄及中厚煤层自成巷开采理论是以提出的“切顶短臂梁”理论为指导，将巷道上方长臂岩梁转化为短壁岩梁。采用恒阻锚索对未回采巷道顶板加强支护，运用采前定向爆破切顶卸压技术进行顶板预裂，上覆岩体在周期来压和工作面初次来压作用下，岩体沿顶板预裂缝整体切断。切落的顶板形成巷道上帮，实现单面单巷采掘。从而做到回采一个工作面，只需掘进一条顺槽巷道，另一条顺槽巷道自动形成，取消了区段煤柱。即实现了零煤柱施工方法开采，该工法被命名为110工法，是我国第三次矿业技术变革的探索。
　　三、工程实践
　　2016年12月起，龙煤集团双鸭山分公司首次在东荣二矿中厚煤层实施该自动成巷工艺，为全面实施该工艺积累经验。2017年5月，又在先后在东荣三矿、双阳煤矿和新安煤矿薄及中厚煤层进行实践。
　　3.1东荣二矿中厚煤层概况
　　3.1.1基本情况
　　东荣二矿南四17层四面工作面走向280米，煤层厚度3.0-3.5米。倾角17°，面长156米。煤层无伪顶，直接顶为灰黑色细砂岩厚1.31米。基本顶为灰白色细砾岩厚3.0米。直接底为0.75米厚泥岩和厚度2.6米中粒砂岩。采用走向长臂后退式回采工艺，顶板管理采用全部垮落法。
　　3.1.2支护参数
　　巷道为梯形断面，采用顶板采用锚杆（锚索）+金属网+钢带联合的主动式支护方式。巷道净宽3.4米，中高3.5米。采用4排2.0米长锚杆支护，间排距为2.0*1.0米。采用3排4.2米长锚索，间排距2.0*1.5米，吊工字钢或U型钢梁。回采期间补打2排锚索加强支护，距离下帮煤壁50cm施工。距离停采线50米使用长度为8.2米35T恒阻锚索，间排距2.0*1.0米。
　　3.1.3爆破参数确定
　　沿区段回风平巷打设爆破孔，超前工作面50米施工，孔径分别选用直径32mm、48mm、50 mm进行测试，经测算直径50mm与铅垂方向夹角15度，眼距600mm最佳。
　　单孔药量分别选用40卷、30卷、20卷、17卷、13卷、10卷进行测试，结合钻孔成像仪分析顶板冒落情况，确定单孔装药量为13卷。封孔长度不小于3.0米。
　　3.1.4存在问题和效果分析
　　1. 成巷稳定后，对垮落不充分的地方采用水泥背板将空区备实，防止出现空洞。
　　2. 由于该巷道设计之初采用的是双巷布置，并非留巷巷道，巷宽宽度小，爆破中为采用聚能管实现定向爆破。
　　3. 初次尝试110工法，担心基本顶切不下来。单孔装药量比较大，致使局部顶板崩漏，采取了被动式支护方式，导致巷道造型不好。
　　4. 受采后动压影响，顶底板及煤帮移近量较大，有一定的后期整形工作。
　　5. 本次成巷费用282万元，比原施工保留区段煤柱巷道费用高出210万元。但多回收煤柱2.5万吨，直接经济效益920万元。
　　3.2 双阳煤矿薄煤层情况
　　3.2.1基本情况
　　双阳煤矿西一采区左一层二片工作面走向长580米，煤层厚0.9米。倾角17°。直接底为1.0米厚灰白色细砂岩与粉砂岩，基本顶为厚2.1米黑灰色细砂岩互层。直接底为厚3.2米灰白色细砂岩。采用全部垮落法管理顶板。
　　3.2.2 支护参数
　　巷道采用锚杆支护，巷道净宽3.2米，中高2.3米。锚杆支护选用1.8米和4.0米两种锚杆联合支护。4排1.8米锚杆按照间排距1.0*1.2米布置。3排4.0米锚杆按照间排距1.5*1.5米布置。
　　3.2.3爆破预裂切缝设计
　　1. 开切眼：
　　回采前，沿切眼软帮侧下料道下帮下20米位置，打设孔径32MM，间距0.3米，孔深3.0米爆破孔。角度：沿顶板与铅锤方向30°。
　　2. 下料道：
　　打设孔径32MM，间距0.2米，距离下帮0.1米，孔深3.0米爆破孔。角度：角度：沿顶板与铅锤方向25°。
　　3. 爆破设计：
　　采用三级煤矿乳化炸药，直径29mm，药卷长度0.2米，每孔装藥5卷。封孔长度大于1.5米。
　　一次性起爆两个爆破孔，一次进行预裂爆破。
　　3.2.4支护管理
　　1. 工作面超前20米范围支护：选用DZ25单体液压支护，2排管理，柱距1.0米。
　　2. 工作面滞后100米范围内支护：采用DZ25 单体液压支护，2排管理。预裂孔岩石台上码设0.5米宽由编织袋+矸石组成的档矸墙。沿档矸墙打设一排单体，柱距0.5米，滞后工作面不少于100米。另一排柱距1.0米，与上帮单体排距0.8米，滞后工作面不少于80米。
　　3.2.5 留巷效果控制
　　经严格矿压观测，采后100米范围内接顶严实，巷道稳定。两帮收敛量和顶底板移近量平均值为200MM，巷内支护受力均匀。仅个别地点出现底鼓现象，巷修工作量小。达到预期施工目的。
　　该巷道留巷成本719元/米，较原留巷工艺单价降低279元/米，经济效益非常可观。
　　四、结束语
　　（1）伴随着施工经验的不断提高和施工技术参数的不断优化，龙煤双鸭山公司积极总结切缝孔在各矿、各采区以及煤层厚度的分布特点。及时调整技术参数，真正做到了“切得开”、“下的来”。
　　（2）该工艺施工中，不制约正常回采，施工工时少，工艺流程简单可靠。恒阻锚索配合钢绞线及大功率张拉机具的使用，最大限度的控制顶板下沉量。减少了弹性能的集中释放，两帮移近量及顶底板下沉量在可控范围内，重新维护顶板和施工拉低的工作量小。
　　（3）回采前采用爆破技术，对巷道正帮侧顶板采取定向预裂，缩短顺槽侧采空区顶板悬臂梁的长度，待工作面推过后，在矿压作用下顶板将沿预裂切缝自动切落形成巷帮，既隔离了采空区又保持了巷道的完整性，可作为下一个工作面的顺槽二次使用，在炮孔中采用双向聚能装置进行装药，并使聚能方向对准控制断裂方向。
　　同时该工艺较少了掘进系统的工作量，对实现无煤柱开采，以提高煤炭资源回收率、就地消化矸石减少环境污染、降低巷道万吨掘进率缓解采掘接替紧张、降低煤炭生产成本、有利瓦斯治理、提高安全生产保障能力等提供技术依据.
　　目前通过该工艺龙煤双鸭山分公司已经安全回采煤炭3500万吨，回采后的工作面没有保留原有的区段保护煤柱，“孤岛”煤柱已经消失。矿压显现次数明显降低，按照该工艺施工的采区没有发生过冲击地压事故，应力集中的现象得到了缓解，该工艺正在整个龙煤集团进行推广应用。
　　作者简介：门宗良，性别，男，民族，汉，1979年09月26日，大学，采矿工程。辽宁工程技术大学，采矿工程 。
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