瑞能煤業“110工法”工作面管理重點及實踐

何文帥，顏少波，田超超，魏勇強

(1.西安科技大學，陜西 西安 710054；2.陜西瑞能煤業有限責任公司，陜西 延安 727307)

0 引言

近年來，被稱為礦業界第3次技術革命的“110工法”采煤工藝技術已在陜西、四川、黑龍江、山西、河南等省的多家煤礦推廣應用[1-3]。“110工法”以切頂短臂梁理論為指導，采用恒阻錨索對巷道頂板加強支護，通過切頂卸壓自動形成一條回采巷道，把采煤與掘進統一起來，做到回采一個工作面只需掘進一條回采巷道，將傳統的一面雙巷變成一面單巷，取消了區段煤柱，實現了無煤柱開采。該技術有效解決了煤炭工業長期面臨的“安全、資源回收和開采成本”3個突出瓶頸問題，實現了采區內無順槽掘進、無煤柱的采留一體化和連續安全生產[4-6]。新技術的應用必然帶著自身利弊，對傳統技術提出了挑戰的同時提出了一些新穎的理論。從“121”傳統采煤法到“110工法”甚至到“N00工法”的應用，對新建、在建礦井的盤區設計、巷道布置等具有較大影響，隨著礦業裝備技術水平日益變化，綜采工作面的管理重點、難點隨之發生變化。

瑞能煤業公司成功實施“110工法”，在降低成本、提高資源回收率等方面取得了明顯的效果。通過對“121工法”“110工法”下綜采工作面管理差異進行對比分析，明確“110工法”綜采工作面管理的重點，以期為相似條件下綜采工作面管理提供一些參考經驗。

1 工程概況

現開采盤區為121盤區，該盤區布置1個綜采工作面和0個掘進工作面，采用長壁后退式綜合機械化采煤工藝和全部垮落法的頂板管理方式；井田內唯一可采煤層為2號煤層，礦井煤層厚度一般在1.0～2.0 m。老頂以塊狀灰白色中-細粒巖屑石英砂巖為主，俗稱“七里鎮砂巖”，有時相變為粉細砂巖互層或粉砂巖，巖性較堅硬，厚層狀，不易垮落，全區分布，層位穩定，厚度0.9～28.00 m，一般3～12 m。直接頂巖性變化較大，以黑色泥巖為主，局部為粉砂巖或細粒砂巖，呈厚層狀，有時與煤層直接接觸，厚度0.7～20.6 m不等，一般9 m左右，為不穩定、易冒落頂板。偽頂主要為薄層狀泥質粉砂巖或砂質泥巖，個別鉆孔顯示為碳質泥巖，厚度均在0.5 m以下，有時與直接頂板在巖性上不易區分，但以其薄層狀及隨采隨落為特征。礦井地質構造簡單，水文地質類型為中等類型。

2017年之前，121盤區采用“121工法”布置綜采工作面，每回采1個采煤工作面，需掘進2條回采巷道、留設1個區段煤柱。2014年7月至2017年6月，完成了105、107、106、108綜采工作面回采工作。2017年6月，瑞能煤業率先在黃隴礦區采用“110工法”布置綜采工作面，即回采1個工作面，只需掘進1條順槽，保留0個煤柱，在該盤區布置了117、115、113、111、109綜采工作面。2017年6月至2020年4月，瑞能煤業采用“110工法”布置綜采工作面并完成了117、115、113綜采工作面回采工作，累計完成留巷3 000 m以上。

2 兩種工法下綜采工作面差異對比

2.1 綜采工作面巷道布置

傳統“121工法”下綜采工作面巷道布置方式包括單巷布置、雙巷布置，其共同特點是區段間留設保護煤柱。“110工法”下首個綜采工作面形成需3條巷道，即2條進風巷道、1條回風巷道，無區段保護煤柱，從第2個工作面起只需掘進1條順槽即可形成1個綜采工作面[7-9]。按照巷道的用途，2種工法下綜采工作面的巷道用途區別較大。巷道布置如圖1、2所示。2種工法對工作面布置方式及后續采掘接續影響較大。采用“110工法”進行工作面布置可有效降低巷道掘進量，有效緩解采掘接續緊張，同時消除了工作面保護煤柱，提升了礦井資源回收率，增加了經濟效益。

圖1 綜采工作面巷道布置Fig.1 Roadway layout of fully mechanized mining face

圖2 “110工法”綜采工作面巷道布置Fig.2 Roadway layout of fully mechanized mining face with “110 construction method”

2.2 采煤工序差異

由于煤層的自然條件和采用的機械不同，完成回采工作各工序的方法也就不同，并且在進行的順序、時間和空間上必須有規律地加以安排和配合。這種在采煤工作面內按照一定順序完成各項工序的方法及其配合，稱為采煤工藝。礦井121盤區布置工作面均為綜采工作面，工藝為采煤機雙滾筒落煤、裝煤、刮板輸送機運煤、液壓支架支護頂板。

“110工法”下綜采工作面在回采前需對留設巷道進行恒阻大變形錨索施工、定向預裂爆破施工，回采過程中需對支架后方進行擋矸支護、工作面后方巷道進行臨時支護，隨著工作面的推進須對工作面后方150 m外的臨時支護進行拆除直至回采結束。可知，2種工法采煤工序最大區別在于“110工法”。綜采工作面在推采過程中需提前施工恒阻大變形錨索、定向預裂爆破、留巷擋矸支護、巷中臨時支護及拆除留巷段臨時支護。“110工法”綜采工作面必須確保留設巷道能夠滿足下個工作面的通風、運料、行人需要。“121工法”綜采工作面只需沿回采方向推進即可。因此，“110工法”工作面現場管理的重點在于恒阻大變形錨索支護施工、定向預裂爆破施工、工作面后方擋矸支護及臨時支護。

2.3 瓦斯管理差異

“121工法”綜采工作面采用“U”型通風，隨著工作面的推進，工作面后方為采空區，采空區頂板垮落后充填采空區，工作面向采空區漏風點為上下隅角、工作面。工作面采用上行通風，工作面瓦斯容易積聚點為工作面上隅角。日常瓦斯管理的重點為工作面上隅角。

“110工法”綜采工作面采用“Y”型通風，即兩進一回，有利于稀釋工作面及兩順槽瓦斯，工作面無“上下隅角”，瓦斯容易由積聚點轉移至備采工作面切眼，瓦斯管理的重點轉移至備采工作面切眼[10-12]。由于留巷過程中對擋矸側只進行擋矸支護未做漏風處理，回風流中向采空區漏風增加，增加了采空區防滅火管理難度。經現場實測，工作面留巷初期至留巷結束，工作面留巷段向采空區漏風率由40%下降至15%。

“110工法”綜采工作面現場瓦斯管理較“121工法”綜采工作面增加了留巷段瓦斯管理內容，特別是下一個工作面切眼瓦斯管理。同時，需加強工作面后方漏風管理，采取噴漿等方式對擋矸側進行處理，減少向采空區漏風，防止采空區煤層自燃。

2.4 采場應力差異

“121工法”下采煤工作面前方煤壁端幾乎支承著采煤工作空間上方斷裂帶及其上覆巖層大部分重量，即工作面前方支承壓力遠比工作面后方支承壓力大；采煤工作面煤壁及采空區垮落帶是隨工作面不斷推進，隨時間向前移動的，因而工作面前后方支承壓力帶也隨時間向前移動。在該工法下，綜采工作面前方受到移動支承壓力的影響，需加強超前30 m范圍內支護管理，采場應力集中區始終分布在超前工作面30 m范圍內，并在5～15 m達到應力最大值，工作面推采過程中只需加強超前應力場范圍內的頂板支護即可。“110工法”下采煤工作面后方需要留設巷道，采煤工作面后方支承壓力會重新分布在巷道兩側，部分向底板傳遞，應力場的分布范圍較“121工法”采煤工作面相對較大。

3 “110工法”工作面管理重點

3.1 恒阻大變形支護質量管理

瑞能煤業自2017年6月實施“110工法”以來，實現了綜采工作面從“121工法”到“110工法”的轉變，綜采工序由采煤機雙滾筒落煤、裝煤、刮板輸送機運煤、液壓支架支護頂板、采空區處理演變為回采前對某條順槽進行恒阻大變形支護、預裂切縫孔施工、采煤機雙滾筒落煤、裝煤、刮板輸送機運煤、液壓支架支護頂板、采空區處理、后巷支護、成巷。采煤方法是采煤系統及采煤工藝的綜合及其在空間、時間上的相互配合。“110工法”下的工作面采煤系統及采煤工藝在空間、時間上的相互配合已與綜采不同。“110工法”工作面管理重點在于恒阻大變形錨索施工質量管理。一是嚴格按照恒阻大變形錨索設計進行現場施工，間排距符合設計規定，預緊值一次達25 t。二是加強定向預裂爆破后恒阻大變形錨索二次緊固。對因預裂爆破施工后造成恒阻大變形錨索錨固力不足進行二次緊固；對失效恒阻錨索進行補打。三是加強留巷期間恒阻大變形錨索檢查，對損壞錨索進行及時補打。

3.2 加強預裂爆破管理

定向預裂爆破效果一定程度上決定了成巷質量，施工過程中根據切縫率進行最優裝藥選擇。一是嚴格按照設計規范及爆破相關管理規定進行現場爆破施工，尤其加強封泥質量管理，現場施工表明,封泥質量較高的預裂孔爆破后頂板能夠有效形成預裂切縫線，與留巷質量直接相關。二是進行多次試驗確定最優裝藥結構，爆破結束后采用鉆孔窺視儀進行窺視，根據切縫長度占比預裂孔深度進行對比，選擇切縫率最高的裝藥結構進行施工。三是加強爆破物品管理。隨著國家對民爆物品管理重視程度的提高，煤礦企業必須進一步規范領用、使用民爆物品，嚴格執行《煤礦安全規程》中爆破管理相關規定。

3.3 加強專業隊伍培養

人員素質管理，尤其是實施留巷過程的職工管理。在實施“110工法”前期，瑞能煤業公司委托外委隊伍進行留巷施工，而正常的回采工作則由本礦綜采隊負責，主要原因是無相關施工經驗的隊伍及工種。2017年6月至12月，該礦在做好回采勞動組織管理的同時，安排綜采隊部分職工跟隨外委隊伍進行操作學習，學習內容包括：恒阻錨索施工、預裂爆破施工及巷旁側擋矸支護施工。2018年1月至今，瑞能煤業實施“110工法”完成了117、115、113綜采工作面的留巷及回采工作，其中留巷工作全部由前期留巷培訓職工完成。綜采隊已將工作面回采及留巷工序在時間、空間上完美融合，且留巷效果日益提高，如圖3所示。先后有多家單位前來對標學習，留巷效果得到廣泛好評。

圖3 留巷效果對比Fig.3 Comparison of roadway retaining effect

3.4 成巷維護管理

3.4.1 加強后巷維護管理

工作面后方受周期來壓影響，留巷段頂板、底板受到壓力多次影響，尤其在工作面后方150 m范圍內，表現為巷道底鼓嚴重。當工作面推過150 m后，需進行成巷回撤后巷臨時支護單體后，巷道壓力重新進行分布，表現為巷道底鼓、頂板恒阻錨索受壓增加。因此，需定期對后巷底板進行拉底，經常檢查頂板支護情況，確保巷道斷面尺寸滿足行人、運輸、通風要求。

3.4.2 加強文明生產管理

工作面底板主要為一套灰色團塊狀粉砂質泥巖，有時含粉砂質、硅質、鈣質、菱鐵礦鮞粒，頂部含植物根系化石，俗稱“根土巖”，呈團塊狀結構，遇水膨脹，易發生底鼓，厚度一般0.38～5 m，工作面底板一般1～2 m，在施工恒阻錨索、切縫孔過程中必須對廢水進行收集。

4 結論

(1)“110工法”下應加強現場勞動組織管理，認真理順各工序之間在時間、空間上的相互配合，合理分配各工序作業人員數量，優化人力資源在綜采工作面的配置，發揮最大勞動效率，提升綜采工效。

(2)加強職工教育、安全操作培訓。通過安全生產教育提升職工安全素養，提高職工操作水平，從而提升施工質量。

(3)加強后巷頂板、底板維護管理。重點加強留巷段支護質量檢查、底板底鼓量檢查，發現問題及時處理，保證留巷質量。

(4)加強爆破管理。一是加強現場爆破管理，確保爆破施工質量；二是加強爆破物品管理，規范使用爆破物品。

(5)加強工作面風量、瓦斯濃度及其他有害氣體濃度檢測。對后巷巷旁側頂板未垮落嚴實的地方進行噴漿處理，減少采空區漏風。