關(guān)于單一煤層沿空留巷的工藝分析

摘 要：針對為解決保留保護煤柱而采取的沿空留巷工藝，深入分析了沿空留巷的支護原理、方式、設計材料選擇、注意事項、通風，并通過實踐得出這項工藝的應用能增加資源回收量、降低掘進費用的結(jié)論，為單一煤層開采對沿空留巷工藝的實際應用提供可靠的參考依據(jù)，保證技術(shù)發(fā)揮應有作用效果。

關(guān)鍵詞：單一煤層；沿空留巷

中圖分類號：TD353 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）30-0229-02

如今，伴隨煤炭資源實際開采深度持續(xù)增加，資源開采正不斷向單一煤層方向發(fā)展，這使得煤層的開采難度不斷增加，并且對質(zhì)量良好的煤層，尤其是單一煤層，開采顯得十分緊迫。實踐表明，通過對沿空留巷工藝的合理應用，能對原巷道予以二次利用，并使煤柱得以回收，避免資源浪費。

1 單一煤層沿空留巷

沿空留巷（gob-side entry retaining）是指在采煤工作面的后端沿著采空區(qū)的邊緣對原回采巷道進行維護。其目的在于回收采用傳統(tǒng)采礦方式必須留設的所有保護煤柱。通過對相關(guān)技術(shù)手段的合理應用，對上一區(qū)段順槽進行重新支護，為下一區(qū)段提供順槽。該留巷方式主要是在采空區(qū)的邊緣保留之前的順槽，所以被稱作沿空留巷。實踐表明，通過這樣的方式能在很大程度上回收資源，防止煤體大量損失[1]。

1.1 支護基本原理

對沿空留巷而言，需要經(jīng)歷整個回采過程中，并且還要受到后續(xù)形成的工作面的直接影響。巷道回采以后，因一邊為實體煤幫，另一邊為采空區(qū)，由于介質(zhì)不同，所以頂板穩(wěn)定性相對較差，導致兩幫、頂板與底板都產(chǎn)生較大的位移，巷道因此發(fā)生嚴重變形，威脅煤礦生產(chǎn)安全。對此，必須做好巷道支護，這對延長現(xiàn)有留巷服務年限與保證生產(chǎn)安全均有十分重要的作用與現(xiàn)實意義，必須引起高度重視。若巷道兩側(cè)發(fā)生的變形無法得到有效控制，則會使頂板穩(wěn)定性及支撐力受到嚴重弱化，導致頂板發(fā)生較大程度的下沉?；诖?，采用錨桿進行加強支護，對減小或避免兩幫及頂板發(fā)生的變形都有重要現(xiàn)實意義。

1.2 支護方式

為保證支護的有效性，一般需要將主動和被動支護進行充分結(jié)合。其中，主動支護是指在開采前于巷道中和工作面相距0.5m的位置進行錨索安裝，以此強化頂板支護，由錨索在原頂上進行巖層固定，以此降低巷道旁支柱與矸石帶等的承載力；對于被動支護，是指在巷道臺上和邊緣相距0.5m的位置使用矸石、水泥與砂漿等材料堆砌一個寬度為1.0～1.5m的矸石帶，對頂板進行支護，此外，在矸石帶外側(cè)進行支柱的安裝，用于提高支護結(jié)構(gòu)整體強度。沿空留巷維護斷面支護如圖1所示。

1.3 支護設計

留巷采用矩形斷面，其高度和寬度分別為2.4m、2.5m，頂板支護主要采用螺紋鋼錨桿，其間排距按1200mm×800mm進行控制。

1.3.1 錨 索

為對頂板支護進行有效加強，需在巷道中和工作面煤壁相距0.5m的位置進行錨索的安裝，共設置一排，錨索為鋼絞線，長5.0m，間隔距離按1.0m控制，將12號工字鋼加工成錨索的托盤，其長度按450mm控制，按與煤壁保持平行的方向進行安裝。

1.3.2 巷旁支護

伴隨采煤工作面不斷推進，在巷道臺上和邊緣相距0.5m的位置采用矸石、水泥與砂漿進行堆砌，以此形成一個寬度為1.0～1.5m的矸石帶，用于對頂板結(jié)構(gòu)進行支護。

1.4 充填材料選擇

考慮到充填材料質(zhì)量與性能的好壞直接影響沿空留巷整體質(zhì)量，因此在作業(yè)中必須重視并做好材料的選擇。所選充填材料必須質(zhì)量合格，材質(zhì)良好，不僅原料的來源要廣泛，而且還要注意成本，做到工藝簡單可行，保證安全性，提高支護強度，縮短凝結(jié)的時間，并要有一定可伸縮量。一般情況下都將水泥作為主要凝結(jié)材料，在此基礎(chǔ)上添加適量的粉煤灰、矸石粉與砂石。從現(xiàn)行設計規(guī)范可知，為達到滿足要求的抗壓強度，需將充填材料的配合比確定如下：水泥：砂：矸石：水=1：2：3.3：0.6，除此之外，還要根據(jù)實際情況添加外加劑，如早強劑、減水劑、泵送劑等。其中，早強劑的添加量一般為水泥總劑量的0.8～2.0%；減水劑的添加量一般為水泥總劑量的1.8～3.2%；泵送劑的添加量一般為水泥總劑量的1.00～1.25%。對于其它原材料，應滿足以下要求：水泥一般選用425#普硅水泥；石料的粒徑應控制在0.5～1.0cm范圍內(nèi)；石屑的含水率應在3%以下[2]。

1.5 注意事項

1.5.1 不可采用密集支架方式

沿空留巷工藝產(chǎn)生初期主要采用密集支架方式來完成，當時通過對多種支架形式的合理應用解決了許多問題，尤其是無煤柱采煤方面的問題。然而，一般都用于采面地壓很小，同時煤層的實際賦存條件相對較好，沒有自然發(fā)火現(xiàn)象的礦井，并且實際應用情況并不完全盡如人意。主要存在以下問題和不足：支護材料的種類較多，實際工程量相對較大，效果一般，隔離效果很差。因此，在實際作業(yè)中不可采用密集支架這一方式。

1.5.2 充分考慮砌體墻法的缺陷

利用預制塊進行砌墻能克服很多缺陷，形成一個對采空區(qū)進行隔離的整體且密實的墻體。然而，這一方法仍無法解決頂板和墻體之間的接頂問題，使頂板過量離層，無法達到預期的支護效果。因此，應充分考慮這一方法的缺陷，進行有針對性的改進。就目前來看，采用高水材料進行充填是最主流和有效的方法。對于高水材料，可通過對其水灰比的調(diào)節(jié)來改變充填結(jié)構(gòu)抗壓強度，以滿足實際工程要求，能提供足夠的初期支護阻力，實際增阻速度極快，可適應頂板發(fā)生的下沉，由良好的維護綜合效果。此外，機械化水平高，成型后密閉性能與隔絕效果均良好。

1.5.3 建議采用現(xiàn)澆混凝土隔墻的方法

通過多年的實踐可知，雖然采用混凝土墻體要投入大量的材料，但是這種方法具有很好的適應性，且承載能力強，可形成較高切頂強度，有很高的可靠性與安全性，得到廣泛使用。但混凝土墻也存在一定的缺點，主要是費用較高，且工藝復雜，強度形成速度無法與工作面完全適應，不能使墻體與頂部完全緊貼。

1.6 通風系統(tǒng)與瓦斯抽采

1.6.1 通風系統(tǒng)

通防部應隨著采面推進及時調(diào)整該作業(yè)區(qū)域通風設施，必須保證砌墻后整個W2513機運巷通風順暢。通風隊應在已回采后人工砌墻區(qū)域設置柵欄，除安全檢查人員及瓦檢員以外其余人員嚴禁入內(nèi)。通風隊每班必須派瓦檢員對施工地點的瓦斯情況進行檢查。

1.6.2 瓦斯抽采

工作面每向前推進30m便在墻體中埋設一根鐵管，其長度為2.5m，將其作為瓦斯抽采專用管道。

2 單一煤層沿空留巷效益

2.1 資源回收量大幅增加

在傳統(tǒng)開采方式中，兩個相鄰的工作面間會設置保護煤柱，工作面按800m長計算，則每多布置兩個工作面將損失至少兩條保護煤柱。而在采取沿空留巷工藝后，相當于每隔5m采出一塊長4m、寬2m、高1m的煤塊，如果保護煤柱為800m，則能開采出近2217t的煤，資源回收量得以大幅增加[3]。

2.2 巷道掘進費用明顯降低

在全面引用沿空留巷工藝后，能充分利用現(xiàn)有巷道，簡單的修繕以后即可正常使用，這樣無疑會節(jié)省大量的費用，包括人工費、維護費與支撐工程費用。除此之外，無需重新設置巷道，能滿足接續(xù)等方面的實際要求，并且由于可少打至少兩條巷道，能對礦井矸石進行直接輸出，所以能防止財力、人力與物力等的浪費。

3 結(jié)束語

綜上所述，相較于傳統(tǒng)的開采方式，沿空留巷無論是在可靠性、安全性上，還是在經(jīng)濟性上，都有著十分顯著的優(yōu)勢。這項技術(shù)可將矸石、水泥或砂等材料作為留巷主要充填物，不僅工藝簡單可行，具有很強的操作性，而且能節(jié)省大量費用，勞動強度相對較小，有良好的推廣應用價值。

參考文獻

[1]趙曉明.單一煤層沿空留巷工藝[J].機械管理開發(fā)，2017，32（08）：115～116.

[2]蘇 海.高瓦斯礦井單一煤層階段式綜放沿空留巷技術(shù)研究與應用[J].煤，2015，24（06）：26～30+49.

[3]尹家朝，許何清，李軍平.高水固化材料巷旁泵充填沿空留巷在單一煤層中的應用[J].中州煤炭，1993（01）：27～31+35.

收稿日期：2018-9-12

作者簡介：吳山洪（1969-），男，工程師，本科，主要從事煤礦技術(shù)管理方面工作。