中興煤礦綜采工作面沿空留巷技術(shù)實(shí)踐

楊 剛

（汾西礦業(yè)兩渡煤業(yè)， 山西 靈石 031302）

引言

目前，煤礦普遍存在采掘接替緊張的情況。在高瓦斯礦井中，高抽巷等瓦斯抽采巷道的掘進(jìn)使采掘失調(diào)的情況更加嚴(yán)重。沿空留巷技術(shù)能有效減少掘進(jìn)工程量，提高煤炭采出率，是解決上隅角瓦斯積聚問題的一種途徑。

中興煤礦屬高瓦斯礦井，1207下工作面需掘進(jìn)高抽巷，掘進(jìn)工作量大，工作面接替緊張。為保證接續(xù)，降低掘進(jìn)率，同時(shí)從根本上解決上隅角瓦斯積聚的問題，1207下運(yùn)輸巷采用沿空留巷。

1 工程概況

中興煤礦2#下煤厚1.8～2.2 m，屬中厚煤層，是井田較穩(wěn)定地段，煤層結(jié)構(gòu)較簡單，含夾矸2～3層，工作面大部分穩(wěn)定可采，瘦煤、焦煤，煤層傾角為2°～16°，煤層頂?shù)装迩闆r如表1所示。絕對瓦斯涌出量為43.32 m3/min，相對瓦斯涌出量為18.46 m3/t，屬于高瓦斯礦井。1207下運(yùn)輸巷與三采皮帶巷聯(lián)通，構(gòu)成輔助進(jìn)風(fēng)、行人、運(yùn)煤系統(tǒng)；1207下材料巷與三采軌道巷聯(lián)通，構(gòu)成主進(jìn)風(fēng)、行人、運(yùn)料系統(tǒng)，工作面回風(fēng)通過工作面經(jīng)1209下切割巷、1209下運(yùn)輸巷與一采回風(fēng)巷聯(lián)通，構(gòu)成回風(fēng)系統(tǒng)，巷道布置方式如圖1所示。

2 沿空留巷圍巖控制機(jī)理

沿空留巷巷道圍巖控制關(guān)鍵是要使巷旁支護(hù)體有足夠的支護(hù)強(qiáng)度及適量的可縮量。為使上位巖層能夠受到采空區(qū)冒落矸石及側(cè)向煤體支撐，巷旁支護(hù)體必須有足夠的支護(hù)強(qiáng)度，并能及時(shí)切落采空區(qū)側(cè)一定高度的頂板巖層。同時(shí)，由于巷道支護(hù)不可能改變基本頂?shù)幕剞D(zhuǎn)下沉，巷旁支護(hù)體必須有適量的可縮量，防止在頂板巖層旋轉(zhuǎn)下沉?xí)r破壞充填體，使頂板載荷向煤體及采空區(qū)轉(zhuǎn)移。因此：

表1 工作面煤層頂?shù)装迩闆r

圖1 1207下工作面巷道布置

1）巷旁充填體應(yīng)具有早期強(qiáng)度高、增阻速度快的力學(xué)特性，緊跟工作面充填，與巷內(nèi)支護(hù)共同控制巷道圍巖變形，確保直接頂完整，避免離層的發(fā)生。同時(shí)，切落采空區(qū)側(cè)直接頂，減小充填體載荷。

2）充填體的支護(hù)阻力不得低于切頂阻力，避免回采過程中由于基本頂破斷、失穩(wěn)引起的劇烈沉降，降低施加于充填體上的載荷。

3）巷旁充填體在巷道圍巖穩(wěn)定之后的支護(hù)阻力應(yīng)能維持頂板巖層的平衡，并將巷道變形控制在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。

3 沿空留巷巷旁支護(hù)充填技術(shù)

3.1 巷旁支護(hù)技術(shù)

中興礦1207下運(yùn)輸巷的巷旁支護(hù)體寬度2.5 m、充填體抗壓強(qiáng)度8.0 MPa。沿空留巷充填體位置選擇在機(jī)頭采空側(cè)第1、2個支架后方，充填包規(guī)格根據(jù)實(shí)際情況采用三種：長×寬×高為4 000 mm×2 500 mm×3 000 mm、3 500 mm×2 500 mm×3000 mm、3 000 mm×2 500 mm×3 000 mm。一次充填長度為一天工作面推進(jìn)的長度，一天充填一次，當(dāng)工作面支架后方至已充填墻體的距離達(dá)到4.2 m時(shí)必須先停止工作面的推進(jìn)。

在工作面割煤之后，在施工區(qū)域進(jìn)行打帶帽點(diǎn)柱與臨時(shí)支護(hù)。在工作面機(jī)尾頂板鋪設(shè)4.5 m×1.0 m的金屬網(wǎng)，采用Φ22 mm×2 400 mm的螺紋鋼錨桿配合鐵餅壓網(wǎng)維護(hù)，從巷道煤幫處的角錨桿開始每隔850 mm施工一根錨桿，每排5根，排距800 mm，W鋼帶采用3 700 mm的W鋼帶及500 mm的W鋼帶各一片。采煤機(jī)循環(huán)三次工作面機(jī)頭施工兩排頂錨桿，聯(lián)網(wǎng)搭接100 mm。

為保證充填體充填期間頂板的控制及作業(yè)人員的安全，支架后方與充填體中間區(qū)域采用“一梁二柱”垂直巷道進(jìn)行支護(hù)，兩頭支柱距梁頭200 mm，棚距為1 000 mm，每排布置一根3 600 mm的π型梁。采空區(qū)側(cè)使用單體支柱配合500 mm的短π型梁配合鋼筋網(wǎng)片對落山側(cè)的矸石進(jìn)行阻擋，單體支柱間距800 mm，與采空區(qū)側(cè)靠充填墻側(cè)單體支柱距離800 mm。沿空留巷內(nèi)順巷道布置雙排帶帽點(diǎn)柱（DZ-3.15）加強(qiáng)支護(hù)，柱帽采用500 mm的短π型梁，柱距1 600 mm，點(diǎn)柱距兩幫為800 mm，柱帽順巷道布置，支柱必須穿柱靴，如圖2所示。工作面正?；夭珊螅瑢α粝飪?nèi)滯后工作面200 m外的單體支柱可以逐步回收，但是遇頂板破碎、頂板壓力大等情況則不得回收。

為了增加巷旁充填體抗變形能力，采用鋼筋網(wǎng)加充填袋，為符合煤礦安全規(guī)程要求，充填袋的材質(zhì)應(yīng)具有一定的強(qiáng)度與抗靜電、阻燃的性能。充填袋的尺寸應(yīng)巷旁充填體的大小而定，滿足一次充填及吊掛的要求，加工接縫結(jié)實(shí)牢靠。支設(shè)柔模時(shí)使用Φ20×2 700 mm的對拉錨桿穿過柔模兩側(cè)的吊掛孔，對拉錨桿的兩側(cè)使用螺帽配合鐵餅固定并緊固，緊固后保證柔模的填充寬度為2 500 mm，柔模兩側(cè)外露錨桿長度為100 mm，如圖3所示。落山側(cè)、煤柱側(cè)使用DZ-25或DZ-28型單體液壓支柱進(jìn)行支護(hù)，間距800 mm，單體支柱回收在距工作面煤壁10～15 m時(shí)由里向外依次進(jìn)行回收。

圖2 端頭支護(hù)及巷內(nèi)支護(hù)布置圖（mm）

圖3 對拉錨桿布置示意圖（mm）

沿空留巷充填體每隔6 m留設(shè)一個寬為200 mm的預(yù)埋孔，距頂板300 mm。第一次充填時(shí)，在落山幫預(yù)埋第一根抽放管，正常循環(huán)后，每6 m布置一根抽放管，如圖4所示。

圖4 采空區(qū)瓦斯抽采示意圖

3.2 充填工藝

中興煤礦沿空留巷時(shí)巷旁充填采用高水速凝充填材料。該材料由甲料、乙料以質(zhì)量比1∶1配合使用。根據(jù)該工作面上覆巖層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及井下施工條件，選用袋裝凈漿材料，水灰質(zhì)量比確定為1.5∶1進(jìn)行充填。

3.2.1 充填泵站布置

采用1臺流量為120～150 L/min的雙液充填泵充填。甲料、乙料各配2臺攪拌桶，每臺攪拌桶容積1.0 m3，攪拌桶附近布置料場，每種材料料場可存放5 t材料，充填泵站布置材料巷500 m位置，位置可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況調(diào)整。充填泵站布置情況如圖5所示。

圖5 充填泵站布置示意圖

3.2.2 架設(shè)充填袋和鋼筋網(wǎng)

一般一天充填一次，下井后一部分人首先到工作面后方充填點(diǎn)附近清理浮煤等工作，尤其是架設(shè)充填袋的底板位置需要清理干凈，然后將兩側(cè)鋼筋網(wǎng)及前鋼筋網(wǎng)采用單體液壓支柱固定好、吊掛充填袋。

3.2.3 試驗(yàn)系統(tǒng)

架設(shè)好充填袋和鋼筋網(wǎng)后，先用清水試驗(yàn)攪拌桶、充填泵、充填管路及充填點(diǎn)與泵站之間的聯(lián)絡(luò)是否正常，一切正常后便可進(jìn)行充填漿液。

3.2.4 上料、攪拌

先根據(jù)設(shè)計(jì)的上水量上水，先上水再加高水速凝材料，注意甲料、乙料不能混加，攪拌時(shí)間不少于5 min，且攪拌均勻、達(dá)到攪拌時(shí)間要求的漿液才能泵送。

3.2.5 泵送與清洗設(shè)備

將充填泵的吸漿籠頭放到攪拌均勻的攪拌桶中，開動充填泵進(jìn)行泵送。在泵送過程中，要注意甲料、乙料兩種漿液是否等量，如果不等量要及時(shí)清洗、查找原因。漿液泵完后及時(shí)泵送清水，清洗充填泵和管路，直到清洗干凈，同時(shí)清洗干凈攪拌桶。每次充填工作結(jié)束后，派專人撤洗充填泵的泵頭，及時(shí)上潤滑油等保養(yǎng)工作。

4 實(shí)踐效果分析

4.1 經(jīng)濟(jì)效益

中興礦1207下回采工作面采用“Y”型沿空留巷開采，減少了工作面與工作面之間30 m的煤柱損失量，實(shí)現(xiàn)了無煤柱連續(xù)開采，同時(shí)減少了一條巷道的掘進(jìn)工程量。

1）30 m煤柱可增效益：按工作面順槽長度1 000 m、平均煤厚1.6 m、原煤每噸240元計(jì)算。則可節(jié)約1 521.216萬元。

2）巷道掘進(jìn)費(fèi)用的減少。每米掘進(jìn)巷道成本3 000元，減去維修留巷成本960元，每米巷道可節(jié)省2 040元，1 000 m巷道可節(jié)省204萬元。

4.2 社會效益

1）取消了區(qū)段煤柱，提高了煤炭資源的回收率。

2）工作面采用Y形通風(fēng)后，不僅有效解決了工作面上隅角瓦斯積聚的問題，還可以提前進(jìn)行下一區(qū)段煤層瓦斯的抽采，節(jié)省了瓦斯抽采時(shí)間，同時(shí)，有利于工作面接續(xù)。

5 結(jié)語

沿空留巷巷旁充填技術(shù)在中興煤礦1207下回采工作面取得了圓滿成功。巷旁充填技術(shù)采用ZKD型高水速凝充填材料作為巷旁支護(hù)體，技術(shù)可靠，工藝成熟，經(jīng)濟(jì)合理，不僅降低了巷道掘進(jìn)率，保證了工作面正常接續(xù)，而且取消了區(qū)段煤柱損失，提高了礦井資源回收率，延長了礦井服務(wù)年限，具有深遠(yuǎn)的經(jīng)濟(jì)和社會效益。