沿空留巷“Y”型通風(fēng)煤與瓦斯共采技術(shù)

許 浩

（山西潞安礦業(yè)集團慈林山煤業(yè)有限公司夏店煤礦，山西 長治 046000）

0 引 言

對于開采吸附性強、瓦斯含量大煤層的高瓦斯或突出礦井而言，一般采用采用先抽后采、邊采邊抽的瓦斯治理措施，然而開采致密、裂隙不發(fā)育煤層時，采動之前難以抽采瓦斯，采前預(yù)抽及U型通風(fēng)不能有效解決上隅角瓦斯積聚問題。潞安集團夏店煤礦為高瓦斯礦井，目前主采3號煤層。生產(chǎn)期間為了解決掘進和瓦斯問題，原回采工作面一直采用“兩進兩回”的“U+L”通風(fēng)系統(tǒng)，巷道之間的煤柱寬度20m，多條巷道布置造成區(qū)段煤柱損失嚴重，采出率低，且煤與瓦斯突出煤層，掘進速度慢，采掘接替緊張。因此，以夏店煤礦3107工作面為工程背景，研究高水材料巷旁充填沿空留巷技術(shù)，對實現(xiàn)工作面“Y”型通風(fēng)，避免上隅角瓦斯超限和采空區(qū)通風(fēng)問題及保證礦井接替、降低開采成本等具有重要的意義。

1 工程概況

3107工作面回采3號煤層，煤層傾角平均為5°，煤層平均厚度為5.60m。煤層偽頂為厚為0.30m高嶺石泥巖，直接頂為6.45m厚砂質(zhì)泥巖，老頂為5.70m厚中粒砂巖，直接底為4.50m厚砂質(zhì)泥巖，老底為18.95m中粒砂巖，局部含粉炭質(zhì)條帶，3117工作面布置圖如圖1。

圖1 3117工作面布置

3117工作面回風(fēng)巷道設(shè)計斷面為寬×高（4.8m×3.0m），3117回風(fēng)巷頂部支護形式錨網(wǎng)梁+錨索矩形斷面支護，頂錨桿為直徑22mm，長度2400mm左旋無縱筋（KMG500）讓壓錨桿；幫錨桿為直徑20mm，長度2000mm等強錨桿，錨桿排距700mm；錨索為直徑22mm，長度7.3m的低松弛鋼絞線，錨索間距2m，排距2m。即錨索梁按照“3-0-3-0”方式施工，幫錨桿上鋼筋鋼帶加掛金屬網(wǎng)。巷道在沒有經(jīng)受工作面超前壓力之前變形量較小，但隨著時間的推移，巷道變形逐漸加大，導(dǎo)致部分區(qū)域巷道頂?shù)装鍘捉]合，兩幫移近量也非常大，因此，巷道在留巷之前需進行補強支護處理。

2 巷旁支護寬度的確定

根據(jù)3107工作面生產(chǎn)地質(zhì)條件、鄰近工作面開采情況、巖性和以往的巖層力學(xué)參數(shù)考慮，具體地質(zhì)力學(xué)參數(shù)初步取值如下：煤層開采厚度為5m，工作面長度240m，周期來壓步距20m，巷道最大埋深550m，基本頂平均厚度為2.5m，直接頂平均厚度5.66m，留巷后巷道寬度5.2m，充填體寬度2.0m，上覆巖層容重為25kN/m3，應(yīng)力集中系數(shù)為2.0，基本頂巖層抗拉強度8MPa，側(cè)壓系數(shù)為0.4，煤層粘聚力為1.5MPa，內(nèi)摩擦角25o，煤幫采用錨桿支護，其支護阻力按0.15MPa考慮，煤層傾角按平均4°考慮，利用上述參數(shù)計算回風(fēng)巷充填體阻力。得到3117工作面回風(fēng)巷充填體的切頂阻力為12.83MN/m?，F(xiàn)場施工時，充填體平均強度按8MPa考慮，則所需的充填體寬度理論計算值為1.61m。根據(jù)3117工作面回風(fēng)巷頂板巖層情況、公式計算和以往的工程實踐，考慮安全系數(shù)、充填體完全置于采空區(qū)，當(dāng)采高不超過3.0m時，初步設(shè)計確定巷旁支護體寬度為2.0m。

3 高水材料巷旁充填沿空留巷技術(shù)

3117工作面回風(fēng)巷充填時間較緊，因此，不適合采用全袋式充填和混合式充填方法，經(jīng)比較分析，最終確定采用分段阻隔注漿充填方法。綜合考慮井下施工條件、工作面超前支承應(yīng)力的作用效果、漿液固結(jié)強度及材料消耗等因素，確定充填材料的水灰比為4：1（初凝時間≤30min，充填體終強1.46MPa，7d強度為終強的90%），充填寬度為2.0m。

3.1 高水材料巷旁充填工藝

3117工作面回風(fēng)巷充填基本工藝流程如圖2所示。①砌筑止?jié){墻；②管路安放；③配料制漿。制漿以下幾個步驟。加水：水灰比直接影響空巷充填材料的強度、凝結(jié)時間，現(xiàn)場施工時需嚴格按照設(shè)計要求加水。根據(jù)確定的水灰比4：1，向攪拌桶內(nèi)加入750kg水。加料：加水后，向1#攪拌桶加入150kg甲料（3袋）、向3#攪拌桶加入150kg乙料（3袋）。當(dāng)1#、3#攪拌桶給充填泵供料漿時，2#、4#攪拌桶加水、上料準備攪拌。攪拌：在添加空巷充填材料的同時，啟動攪拌機，漿液攪拌均勻一般需要5min。④泵送充填；⑤帶壓充填。

圖2 工作面巷旁充填工藝流程圖

3.2 泵站準備

充填泵站要求有適當(dāng)?shù)牟僮骱痛媪峡臻g?，F(xiàn)場施工時，合理的泵站設(shè)置有利于提高充填效率。泵站應(yīng)盡可能固定于一個位置，減少泵站移動次數(shù)及輔助運輸量。根據(jù)以上原則，建議將泵站布置在輔助進風(fēng)順槽內(nèi)。具體要求如下：①配備1臺雙液充填泵，4臺攪拌桶（甲料、乙料各配2臺攪拌桶）、5個電磁啟動器（泵1臺，4臺攪拌桶對應(yīng)4臺），攪拌桶附近布置料場。充填泵及攪拌機等設(shè)備水平擺放；②泵站堆料平臺應(yīng)能放置兩天使用的注漿材料（約100t）；③泵站點設(shè)置3路供水管，其中2路直徑為32mm，用于攪拌桶加水，供水能力不低于20m3/h，且有單獨的控制開關(guān)，保證注漿工作連續(xù)進行。另1路用于注漿泵降溫，管徑19mm?？拷鼛筒客诰虺恋沓?，規(guī)格500×500mm，沉淀池內(nèi)的廢水泵送至排水管內(nèi)。

3.3 勞動組織

沿空留巷后工作面推進長度不會超過8m/d，一天充填兩班，每次充填長度3m～4m，具體充填長度由工作面推進長度決定。充填作業(yè)安排見圖3。

圖3 充填作業(yè)圖

4 加強支護技術(shù)設(shè)計

4.1 3117回風(fēng)巷加強支護技術(shù)

由于留巷時間較長，為防止頂板離層，留巷斷面收縮過大，將原有的“3-0-3-0”的錨索支護形式變成“3-1-3-1”的錨索支護形式，即在原施工的兩排錨索中間再施工一排錨索梁（每排1根錨索），錨索直徑22mm，長7.5m。每根錨索在鋼帶外再安裝大托盤，預(yù)緊力不低于100kN。非采煤側(cè)巷幫在幫角處距底板300mm處補打一根20×2400mm錨桿；在煤柱側(cè)巷幫每2排錨桿補打一排錨索，每排2根，第一根距頂板800mm，仰角10°，第二根距頂板2200mm，錨索錨索直徑22mm，長7.5m?；仫L(fēng)巷加強支護見圖4。

圖4 回風(fēng)巷加強支護示意圖

4.2 充填區(qū)域上方頂板支護技術(shù)

為了保持充填區(qū)域范圍內(nèi)的頂板完整性，在充填區(qū)上方每割1刀煤補打1排800mm×800mm錨桿，每2排錨桿間加打2根直徑φ21.6×6300mm錨索，錨索距巷中距離分別為為3500mm、4700mm，頂板錨桿規(guī)格為φ20mm×2400mm左旋無縱筋錨桿，支護布置見圖5所示。

圖5 充填區(qū)域上方頂板支護示意圖

5 沿空留巷Y型通風(fēng)方式

3117工作面回風(fēng)巷采用沿空留巷后可實現(xiàn)Y型通風(fēng)，由現(xiàn)在的進風(fēng)巷作為主要新鮮風(fēng)流進風(fēng)、現(xiàn)在的回風(fēng)巷作為配風(fēng)巷進部分新鮮風(fēng)，經(jīng)工作面后的污風(fēng)通過沿空留巷保留下來的巷道經(jīng)聯(lián)絡(luò)巷與3117尾巷溝通，形成Y型通風(fēng)系統(tǒng)，再輔以其它措施治理瓦斯，可以從根本上解決高瓦斯采煤工作面上隅角瓦斯積聚和超限的難題。

由于3117工作在底板較軟，屬軟弱圍巖，沿空留巷后，受側(cè)向支承應(yīng)力強烈作用，沿空留巷后底鼓量大，全長留巷通風(fēng)可能保證不了通風(fēng)斷面。因此，決定采用的Y型通風(fēng)方式為：離工作面后方最近的2個聯(lián)絡(luò)巷進行回風(fēng)，即到下一個聯(lián)絡(luò)巷時，打開前一個聯(lián)絡(luò)巷、封閉最后邊一個聯(lián)絡(luò)巷進行通風(fēng)，如圖6所示。

圖6 全長留巷時Y型通風(fēng)方式

6 礦壓觀測方案

為了觀測3117回風(fēng)巷支護參數(shù)的合理性，在巷道中每20～30m設(shè)一個測站進行觀測，巷道表面收斂規(guī)律的測點布置一般采用十字布點法，觀測結(jié)果如下圖7所示。由圖7可知：工作面后方0～120m，為留巷采動影響階段，巷道頂?shù)装謇塾嬜冃瘟孔畲鬄?84mm，且主要以頂板下沉為主，兩幫累計最大變形量為401mm，以實體煤幫變形為主。工作面后方130～240m巷道斷面累計變形量最大，平均寬度為3299mm，最大寬度為3714，最小寬度為3007mm，兩幫移近量在600～1300mm，以實體煤變形為主；巷道平均高度2153mm，最大為2667mm（，最小高度為1847mm，為設(shè)計斷面的65%，頂?shù)装遄冃我皂敯鍎×蚁鲁翞橹鳎鲁亮吭?00～500mm。由圖7易知此階段巷道斷面收斂率遠大于工作面后方240～280m的留巷變形穩(wěn)定階段，最終頂?shù)装遄冃瘟勘３衷?.0-1.2m，能巷道在回采期間的通風(fēng)要求。

圖7 頂?shù)装?、兩幫移近量與工作面距離關(guān)系圖

7 結(jié) 論

1）根據(jù)3117工作面回風(fēng)巷頂板巖層情況、公式計算和以往的工程實踐，確定巷旁支護體寬度為2.0m。在工作面割煤后，先推刮板輸送，再在端頭鋪設(shè)頂網(wǎng)，然后采用錨桿、錨索加固充填區(qū)域頂板，保持充填區(qū)域范圍內(nèi)的頂板完整性。

2）3117工作面回風(fēng)巷采用沿空留巷后可實現(xiàn)Y型通風(fēng)，輔以其它措施治理瓦斯，可以從根本上解決高瓦斯采煤工作面上隅角瓦斯積聚和超限的難題。

3）根據(jù)礦壓觀測結(jié)果：在工作面240-280m之間，巷道圍巖移近量逐漸變緩，最終頂?shù)装遄冃瘟勘３衷?.0-1.2m之間，基本滿足巷道在回采期間的通風(fēng)要求。