薄煤层复合顶板“110 工法”的实践应用研究

王 飞

（山西煤炭运销集团古县东瑞煤业有限公司，山西 临汾 041000）

1 工程概况

东瑞煤业2101 工作面主采2#煤层，2#煤层厚0.80～1.00 m，平均厚0.9 m，稳定可采，结构简单。煤层基本顶为泥岩、粉砂岩、细砂岩，厚度为5～10 m；直接顶为泥岩和砂质泥岩，厚度为2～5 m；伪顶为泥岩和碳质泥岩，厚度为0.2～0.5 m；直接底为泥岩，厚度为1～3 m。

2101 综采工作面采用综采工艺。2101 工作面巷道为矩形断面，尺寸宽×高=3.5 m×2.8 m，采用“锚杆+锚索+菱形网+钢筋钢带”联合支护。顶上铺8#加强菱形网，排排上5 眼、4 m 长钢筋钢带，每隔3 m 在两排钢带中间布置一排锚索，间排距1800 mm×3000 mm；两帮挂8#加强菱形网，排排上3 眼、2.14 m 长钢筋钢带，钢带3 眼全部布置锚杆，间排距1000 mm×900 mm，第一排距顶500 mm，且为角锚杆（75°）。

2 切顶卸压沿空留巷方案

为优化回采工艺、节约生产成本、提高生产效率，2101 综采工作面采用110 工法[1-2]，切顶卸压沿空留巷开采，2101 辅运顺槽切顶留巷宽度为3.5 m，高度为2.8 m。110 工法即每个工作面只需掘进一条回采巷道，另一条巷道通过切顶卸压自动成巷形成。工作面煤层回采前，在回采巷道沿即将形成的采空区侧定向爆破预裂切顶，采用恒阻大变形锚索支护回采巷道顶板围岩。工作面回采后，在矿山压力作用下沿切缝将顶板切落形成巷帮，既隔离采空区，又保证了该回采巷道的完整性，减弱了顶板的周期性压力。

2.1 施工工艺

2.1.1 恒阻锚索加强支护

超前工作面40 m 开始进行锚索加强支护，使用恒阻大变形锚索恒阻器，恒阻器型号为HZS35-300-0.5，锚索直径21.6 mm。恒阻大变形锚索（Φ21.6 mm×8300 mm）=恒阻器+普通钢绞线锚索。恒阻大变形锚索垂直于顶板方向布置，第一列恒阻大变形锚索布置在距离切缝线500 mm 处，排距1000 mm，恒阻大变形锚索预紧力不小于28 t，沿巷道方向配合W 型钢带使用；第二列为普通锚索（Φ21.6 mm×8300 mm），布置在距离第一列锚索1000 mm处，排距为2000 mm，预紧力不小于15 t。切顶孔位于靠近采空区侧巷道顶板，并向巷内偏移200 mm，与竖直方向呈15°夹角。在辅运巷上帮中部打一列锚杆（Φ20 mm×2200 mm），垂直巷帮，间距1000 mm，锚杆间用W 型钢带，使用两支锚固剂，1 支K2335，一支Z2360。

2.1.2 密集切顶孔施工

距回采工作面超前30 m 处，在距采空区侧200 mm 处钻设一排切顶孔，切顶孔深6 m，切顶孔向采空区侧倾斜15°，切顶孔间距为250 mm。

2.1.3 切顶留巷挡矸

留巷侧采用可伸缩25U 型钢和钢筋网、风筒布进行联合挡矸，防止顶板垮落的岩石涌入巷道。

“U 型钢+钢筋网”联合挡矸支护：25 号U型钢长度为2200 mm，两个U 型钢使用两个卡兰搭接组成一榀U 型钢架，搭接长度1200 mm，组合后的U 型钢架高度为3200 mm。卡兰上下沿距U 型钢搭接端头各150 mm，卡兰宽度100 mm。U 型钢架的间距为500 mm，底部卧底200 mm，顶部卡入孔内。由于切缝距巷道边缘200 mm，挡矸在巷道边缘基础上向巷道中线偏移200 mm，置于切顶孔正下方。挡矸支护侧视图如图1。

图1 挡矸支护侧视图（mm）

两根U 型钢用卡兰固定搭接形成可伸缩挡矸U型钢架，U 型钢架间采用连杆连接。连杆使用厚度8～10 mm 的钢板，尺寸宽70 mm×长460 mm 的长条形，两端钻设直径20 mm 螺栓孔，连接在两个卡兰之间。

在综采支架侧方挂设挡矸钢筋网，挡矸钢筋网设两层，中间夹一层风筒布。挡矸钢筋网尺寸为2000 mm×3000 mm，钢筋直径为6 mm，网格规格为40 mm×40 mm。挡矸钢筋网顶端与巷道顶板钢筋网之间重叠100 mm，并通过16#扎丝绑扎，底端与底板接触。绑扎时按W 形方式进行绑扎，每100 mm 设一处绑扎。

2.1.4 超前支护及切顶柱打设质量要求

（1）两巷超前支护单体柱必须成一直线，偏差大于等于100 mm。两巷单体柱每天进行抽检（每巷3 根），单体柱初撑力不得低于11.4 MPa。

（2）所有支柱必须采取可靠的防倒措施，以防歪倒伤人。防倒链一端挂在顶板钢筋网片上，一端拴在单体柱油缸上，联接必须牢固。

（3）底板松软时，单体柱要穿柱鞋，使钻底量不超过100 mm。如继续钻底量超过100 mm，必须垫道木加强底板强度，单体柱再穿柱鞋，必须保证单体柱初撑力。

（4）辅运顺槽端头支架距离第三列单体超过1200 mm 时，需进行临时支护，支护形式为单体配备铰接梁架设临时支护点，来保证支护达标可靠。

2.1.5 采空区密闭

留巷期间，采用高分子材料（A、B 料）对留巷侧挡矸支护进行喷涂，封堵采空区瓦斯等有害气体。A、B 料按1:1（质量比）配比，喷涂厚度为50 mm，喷涂紧跟挡矸支护进行喷涂，喷涂滞后最多不大于10 m。

高分子材料A、B 料分类独立存放，专人管理，根据需用量确定采购量及下井量，随用随下，井下储存量最多不能超过一天的使用量，且必须存储在顶板支护完好、无淋水、通风良好的硐室或巷道中。高分子材料应储存在干燥、通风、防潮、防晒处，码放高度不得超过 1.5 m，运输过程中要防止雨淋、日晒、剧烈冲击和包装损坏，装运时要轻拿轻放。

2.2 巷道支护

根据切顶留巷方案，将巷道划分为超前支护区、留巷临时支护区和成巷稳定区，根据分区采取不同的支护措施。

超前支护区（煤壁前方0～30 m）位于工作面超前采动影响区，需超前加强支护。

留巷支护区（架后0～200 m）位于工作面滞后影响区，巷道受动压影响明显，顶板压力较大，顶板需要临时加强支护。留巷临时支护主要采用DW35 单体液压支柱配合铰接梁，即“一梁一柱”成列进行支护，排距1200 mm，单体柱每天抽检5根，单体柱初撑力不得低于20 MPa。

成巷稳定区（架后200 m 之后）受采动影响较小，当留巷顶、底板及两帮变形量每月小于10 mm/m 时，可回撤留巷内200 m 之后单体、铰接梁支护；当留巷顶、底板及两帮变形量每月大于10 mm/m 时，不得回撤单体、铰接梁支护。

3 应用效果分析

3.1 留巷效果

根据现场监测数据，切眼后15 m 测点巷道高度开始降低，变化幅度180～240 mm；切眼后100～130 m 范围内巷道高度变化趋势明显增大，即顶底板移近量增幅剧烈，其中顶板下沉180～240 mm，底鼓180～340 mm；当留巷240～260 m 时，此段巷道高度趋于稳定，顶底板移近量几乎不再增加。

当前2101 工作面已回采结束，留巷段顶、底板无明显变形，留巷效果达到预期目标。顶板总体较为完整，除留巷段20～80 m 顶底板移近量最大达0.8 m、巷道高度最低2.2 m，其余范围内巷道高度普遍为2.6～3.0 m，帮鼓量为0.1～0.2 m，基本无影响。

3.2 应用成效

“110 工法”在2101 工作面回采中应用效果显著，主要表现在以下几点：（1）该技术的应用有利于解决工作面上隅角瓦斯问题。（2）该技术的应用有利于提高煤炭资源回收率，延长矿井服务年限。按照传统的布置方式每两个回采工作面之间至少留设一个煤柱，实施切顶卸压自成巷无煤柱开采技术，可有效回收这部分资源，资源回收率提高12%。（3）该技术的应用有利于合理优化采、掘、抽布局。切顶卸压自动成巷技术一个工作面少掘送一条巷道，所留巷道继续服务下一个工作面，构成工作面时间缩短，使抽采时间更充分，矿井采、掘、抽衔接更合理。

4 经济效益分析

（1）切顶留巷成本：留巷728 m，共1022 万元，每米单价14 030 元。其中：巷道恒阻大变形锚索顶板加强支护、顶板切缝、爆破材料，单价5100 元/m，共443.7 万元。支护材料、挡矸材料、封闭材料，单价7830 元/m，共570 万元。留巷投入的人工费及后期维护人工费，单价1100 元/m，共80 万元。

（2）掘送一条巷道的成本：525 万元。相邻工作面少掘送一条巷道885 m，成本5900 元/m。

（3）实际效益：回收煤柱2386 万元（多回采原煤7.02 万t，原煤价格340 元/t），切顶留巷成本1022 万元，新增效益2386+525-1022=1889 万元。