留窄小煤柱沿空留巷在綜采工作面的應(yīng)用研究

牟平平

（西山煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司東曲礦， 山西 太原 030053）

引言

留設(shè)窄小煤柱沿空留巷技術(shù)可保障巷道長(zhǎng)期處于應(yīng)力降低區(qū)域，減少巷道的后期維修養(yǎng)護(hù)成本。煤礦采用沿空留巷技術(shù)不僅能夠緩解采掘接替緊張的情況，減少掘進(jìn)的作業(yè)量，同時(shí)還可以提高回采效率，延長(zhǎng)礦井的服務(wù)年限，對(duì)于提高礦井生產(chǎn)安全性和經(jīng)濟(jì)性具有重大意義。東曲礦目前回采8號(hào)煤層28802工作面，為節(jié)約煤炭資源，提高煤炭采出率，延長(zhǎng)8號(hào)煤層服務(wù)年限，在28802工作面回采完成后，擬在28803工作面采用小煤柱沿空留巷。但由于留小煤柱沿空掘巷，受臨近采空區(qū)側(cè)向支承壓力影響，巷道變形量大，維護(hù)困難，在回采階段需對(duì)28802工作面兩順槽加強(qiáng)支護(hù)，保證采空區(qū)巷道圍巖變形側(cè)向支承壓力影響下在可控范圍之內(nèi)，為后期小煤柱開(kāi)采時(shí)的合理煤柱尺寸留設(shè)以及為28803工作面順利回采創(chuàng)造安全條件。

1 東曲礦28803綜采工作面概況

東曲礦28803綜采工作面地表位于麻坪嶺村莊東南, 蓋山厚度190～340 m，該工作面北西方向?yàn)橐研纬傻?8802工作面，皮帶順槽外側(cè)南東方向?yàn)榘准疑綌鄬樱醒勰衔鞣较驗(yàn)榘瞬蛇吔缁仫L(fēng)巷，北東方向?yàn)榇笙锉Ｗo(hù)煤柱。28802綜采工作面所采8號(hào)煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，8號(hào)煤組厚度在3.53～5.89 m之間，平均厚度為4.65 m，煤層平均傾角為5°。工作面傾向長(zhǎng)度為320 m，走向長(zhǎng)度為1 700 m，8號(hào)直接頂為泥灰?guī)r，厚度約為0.76 m，普氏硬度為7，不易垮落；基本頂為由碎屑、石英、白云母組成的粗砂巖，平均厚度為9.6 m，緊密結(jié)實(shí)；直接底為平均厚度3 m的細(xì)砂巖；基本底為平均厚度2.7 m的泥巖，上部有細(xì)砂巖。以“兩進(jìn)一回”的布置形式沿煤層頂板掘進(jìn)3條巷道，巷道布置示意圖如圖1所示。

圖1 巷道布置示意圖（單位：mm）

2 東曲礦28803綜采工作面沿空留巷充填系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析

2.1 泵站布設(shè)

漿液的長(zhǎng)距離輸送是通過(guò)充填系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)對(duì)28803工作面情況分析，發(fā)現(xiàn)其周邊并沒(méi)有合適的充填區(qū)域，且所掘的充填硐室并不能滿足充填作業(yè)要求，經(jīng)過(guò)分析，在工作面前方200 m處布置充填泵站，在移動(dòng)平板車上安置注漿泵，并根據(jù)需要移動(dòng)方便注漿泵。注漿泵配置4個(gè)攪拌桶，攪拌桶內(nèi)分別注入A、B兩種不同的漿液，可以通過(guò)采用交替供液方式實(shí)現(xiàn)連續(xù)供給，泵站布置圖如圖2所示。

圖2 泵站布置圖

2.2 管路布設(shè)

充填作業(yè)點(diǎn)通過(guò)布置的2條管路與工作面連通，采用三通混合器混合漿液，選用DN40型高壓鋼管通過(guò)焊接制作成10 m長(zhǎng)的混合管道。

3 東曲礦28803綜采工作面沿空留巷技術(shù)的應(yīng)用分析

通過(guò)對(duì)工作面覆巖關(guān)鍵塊的穩(wěn)定性分析可知:在二次采動(dòng)的影響下，由于塊體斷裂而產(chǎn)生的大結(jié)構(gòu)仍能保持穩(wěn)定狀態(tài)，因此直接頂和留巷頂煤的懸臂結(jié)構(gòu)是否能承載較大壓力是影響綜放作業(yè)面留巷穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。通過(guò)對(duì)頂板實(shí)施錨索補(bǔ)強(qiáng)加固措施，增強(qiáng)其自由端支撐，保證懸臂結(jié)構(gòu)在較大的承載力下不出現(xiàn)彎曲，使其具備滿足安全生產(chǎn)要求的可靠性。除此之外，通過(guò)加強(qiáng)懸臂梁的固支端即開(kāi)展煤壁側(cè)補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)作業(yè)，從而加強(qiáng)懸臂梁的承載性，其具體實(shí)施方法如下:

3.1 膜袋加固

在不斷推移回采作業(yè)的過(guò)程中，上部覆巖下沉?xí)a(chǎn)生向下的壓力，此壓力逐漸施加在巷旁充填體上，并且基本頂會(huì)發(fā)生破斷回轉(zhuǎn)，這時(shí)就會(huì)產(chǎn)生需要巷旁充填體直接承載的側(cè)向壓力，在雙重壓力下，工作面后方產(chǎn)生的支撐壓力變得更高，嚴(yán)重影響充填體的承載力和完整性。為了克服這些問(wèn)題，需要制定能夠增強(qiáng)充填體穩(wěn)定性和強(qiáng)度的合理方案:將螺紋鋼對(duì)拉鋼筋于充填作業(yè)前布置到充填膜袋內(nèi)，在充填液體凝固之后就需施加側(cè)向約束力，從而提升充填體的穩(wěn)定性和強(qiáng)度。

3.2“超前單體+鉸接頂梁”支護(hù)

“單體液壓支柱+鉸接頂梁”支護(hù)方案是在超前作業(yè)面20 m區(qū)域范圍內(nèi)采用1.2 m長(zhǎng)的鉸接頂梁布置加強(qiáng)支護(hù)。實(shí)施這種措施能夠在回采作業(yè)中最大限度地縮減超前支撐壓力對(duì)留設(shè)巷道產(chǎn)生的影響，從而達(dá)到增強(qiáng)巷道安全性和穩(wěn)定性的目的?！俺皢误w+鉸接頂梁”支護(hù)布置圖如圖3所示。

圖3 “超前單體+鉸接頂梁”支護(hù)布置圖

3.3 頂板錨索補(bǔ)強(qiáng)

在留巷頂板再次打設(shè)錨索，每一排新增3根錨索，采用2 m的間距，且與之前的錨索交錯(cuò)布置，其中1、2和3錨索分別布置在作業(yè)面煤幫、充填體正上方和距幫壁1m處;1、2和3錨索直徑均為22 mm，長(zhǎng)度分別為5.3 m、8.3 m和8.3 m。

3.4 防止巖石垮落技術(shù)

針對(duì)在28803工作面回采后極容易出現(xiàn)頂板垮落巖塊進(jìn)入巷道的情況，將廢舊的36U型鋼材質(zhì)柱腿搭設(shè)于巷道上方，同時(shí)，將菱形網(wǎng)提前布設(shè)在液壓支架的上方，并搭接在巷道頂板的鐵絲網(wǎng)上，起到擋矸的作用。36U型鋼柱腿示意圖如圖4所示，可在巷道煤壁側(cè)進(jìn)行鉆孔，防止巖石垮落。

圖4 36U型鋼柱腿示意圖（單位：mm）

4 實(shí)施效果分析

為充填體安置型號(hào)為GPD30應(yīng)力感應(yīng)裝置，測(cè)量和記錄充填體受到隨時(shí)間變化的應(yīng)力，繪制應(yīng)力曲線，如圖5所示。

圖5 應(yīng)力曲線圖

從分析圖5應(yīng)力曲線可知:充填體內(nèi)部所承受的壓力隨著工作面間隔的增加而緩慢增加，壓力在作業(yè)面后方10 m處開(kāi)始出現(xiàn)變化，推進(jìn)至80 m時(shí)，壓力開(kāi)始走向平穩(wěn)，且內(nèi)部壓力≤4 MPa?？傊?，工作面頂板在回采作業(yè)過(guò)程中慢慢下沉，而充填體受到擠壓壓縮增阻，對(duì)頂板起到很強(qiáng)的支撐作用，使頂板的變形在可控范圍內(nèi)，充填體始終保持良好的完整性和穩(wěn)定性，且可壓縮性和設(shè)計(jì)強(qiáng)度滿足使用要求。在28803工作面回采期間，臨時(shí)采取木垛、加密點(diǎn)柱等方式對(duì)支護(hù)進(jìn)行強(qiáng)化，實(shí)現(xiàn)對(duì)巷道變形的有效控制。結(jié)合觀測(cè)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì):回采期間，整條巷道的頂板最大下沉量為200 mm，平均下沉量在90 mm左右。因此，采用膜袋加固、“超前單體+鉸接頂梁”支護(hù)、頂板錨索補(bǔ)強(qiáng)等措施可有效抵制采空區(qū)側(cè)向壓力的影響，控制留巷的變形。

5 結(jié)語(yǔ)

東曲礦在22803綜采工作面采用沿空留巷開(kāi)采工藝不僅能夠使煤炭回采率得到最大限度的提升，同時(shí)還能夠保證井下的安全生產(chǎn)；解決受留巷影響綜采工作面推進(jìn)速度慢和巷道受礦壓影響破壞嚴(yán)重等問(wèn)題，大幅提升礦井的服務(wù)周期，實(shí)現(xiàn)礦井安全高效開(kāi)采。