西坡煤礦沿空留巷工藝研究

王洪存，孫德寧，賀偉偉

(內蒙古科技大學，內蒙古 包頭 014010)

西坡煤業有限公司位于離柳礦區，是我國的焦煤生產基地。該礦開采以中厚煤層為主，理論上屬于低瓦斯礦井，但為了安全考慮劃為高瓦斯管理礦井。工作面一般采用以留30 m護巷煤柱、并預留瓦斯尾巷的形式進行開采，該開采方式存在著巷道支護及瓦斯治理困難、礦井煤炭資源回收率低等缺點。針對西坡礦目前情況，鑒于無煤柱快速留巷“Y”型通風技術在南方一些礦井取得的成功經驗，研究適應于西坡礦高瓦斯、大采高的沿空留巷(同時取消瓦斯尾巷)技術，對于緩解工作面采掘銜接緊張、有效提高煤炭資源回收率，降低掘巷成本，實現礦井安全、高效可持續發展具有重要意義。

1 工作面巷道布置與回采工藝

1．1 地質概況

1)5206工作面概況。地面位于西坡煤業公司工業廣場南側110 m，距郝家塔村250 m，東臨李家梁1 160 m，西至主、副井南東320 m。地表有賀龍溝斜交穿過工作面。井下位于主斜井南側110 m，東側距南翼運輸巷30 m，本面為礦井二采區第二回采工作面。蓋山厚度195～285 m，一般為250 m。其走向長1 365m，傾向長195m，面積為266 175m2。煤層總厚4．1 ～4．5 m，平均4．2 m，煤層結構 2．5(0．2)1．6，煤層傾角5°～13°，平均6°。

2)頂底板情況見表1。

表1 頂底板情況表

3)5206工作面整體構造形態為一單斜構造，在該面外段煤巖層出現小范圍向斜構造形態，工作面中部地段小斷層及裂隙發育，局部頂板破碎，易冒，fd3斷層向工作面延伸68 m，fd7延伸57 m，其地質構造情況見表2。

4)5206工作面地表有賀龍溝河床從該面上方斜穿而過，工作面開采頂板巖層發生垮落后，按照煤礦防治水規定公式計算，導水裂隙帶不與賀龍溝河床發生水力聯系，但是本面上方至地表巖層基本為基巖，地表塌陷造成的裂縫可與導水裂縫帶連通，成為導水通道。

356鉆孔揭露5(4+5)#煤層底板距太灰水間距31 m，依據經驗公式計算突水系數0．204，煤礦防治水規定計算突水系數0．1，本面開采存在底板突水可能。最大水量100 m3/h，正常水量30 m3/h。

防治措施：a)改造賀龍溝河道，及時封堵地面裂縫。b)密切觀察工作面采空區涌水量變化趨勢。c)在泄水巷低洼處安裝排水能力不低于100 m3/h水泵，把工作面涌水排入中央泵房水倉，并加強中央泵房檢修力度，確保排水正常。

5)影響回采的其他地質因素。a)瓦斯。5(4+5)#煤層的瓦斯含量 4．36 ～14．91 m/min，平均 8．37 m/min，高瓦斯。b)煤塵。5(4+5)#煤塵火焰長度大于300 mm，巖粉用量大于50%，煤塵具有爆炸性。c)煤的自燃。5(4+5)#煤層煤的吸氧量為0．56 m3/g，自燃等級為Ⅱ類，屬自燃煤層。d)地溫。井田恒溫帶深度50～60 m，恒溫帶溫度14°C，地層溫度一般為2．0°C/100 m左右遞增。e)地壓。地層壓力顯現不明顯。

6)儲量預算見表3。

表2 5206工作面地質構造情況表

表3 儲量預算表

1．2 工作面回采方法及回采工藝

5206工作面沿空留巷巷道布置為兩巷加一借用巷道布置方式，巷道分別為5206皮帶順槽(復用5202回風順槽)、軌道順槽和借用5208軌道順槽;5206工作面回采時，5208軌道順槽作為5206回風巷，三巷為平等布置方式，其中，5206皮帶順槽為機軌合一巷道。5206工作面及巷道布置平面圖見圖1。

圖1 5206工作面及巷道布置平面圖

5206工作面皮帶順槽為錨帶網支護，在斷層破碎附近及頂板淋水段為梯型棚支護;矩形斷面，巷道設計中高4．2m，寬4．8 m，斷面20．16 m2;用于進風、運煤和存放設備列車。

皮帶順槽為一次沿空留巷巷道，錨帶網支護，矩形斷面，巷道設計中高 4．2 m，寬 4．8 m，斷面 20．16 m2;用于進風和輔助運輸。

切眼為錨帶網支護，矩形斷面，巷道設計中高為4．2 m，寬 4．6 m，斷面 19．32 m2，擴面后寬度為 7 m;用于設備安裝及通風。

5208工作面軌道順槽和回風順槽為錨帶網支護，在斷層破碎帶附近及頂板淋水段為梯型棚支護;矩形斷面，巷道設計中高為 4．2 m，寬4．8 m，斷面20．16 m2;軌道順槽和回風順槽作為5206工作面回采時的回風通道。

2 沿空留巷圍巖控制技術

2．1 支護方案及參數設計

1)支護方案。留巷前巷道原始設計斷面為矩形，高×寬=4．2 m×4．8 m。a)基礎支護。基本支護方式為高強度、高性能預應力錨帶網支護。頂板和幫部均采用高性能預應力錨桿支護，最大限度加大錨固長度和范圍，結合d14鋼筋托架護頂、幫，頂、幫均采用菱形金屬網或新型的鋼塑網緊貼巖面護頂、幫。b)關鍵部位加強支護。沿空留巷頂板的控制是非常重要的，頂板的穩定決定了巷道的穩定，頂板的完整決定留巷的成功。因此，要對頂板支護進行強化。同時深部巷道承受很大的垂直壓力，兩幫的承載性能要強化。所以在對頂板和兩幫的處理上要加強支護。采用錨索和桁架對關鍵部位進行強化加固。c)特殊地段支護。頂板構造異常帶、斷層帶、淋水帶突然變大、直接頂厚度變化導演帶等特殊地段，首先加密頂部錨桿，并施工走向桁架、壓鎖棚梁，錨架聯合強化支護。

2)支護參數。a)巷道頂板采用7根左旋螺紋鋼等強預應力錨桿配合5．2 m長d14型托架、鋼塑網或10#鐵絲金屬聯合支護，錨桿規格為d20－M22－2400，每根錨桿采用一節K2355、一節Z2355型樹脂藥卷加長錨固;錨桿間排距850 mm×800 mm，錨索間排距1 400 mm×800 mm。b)巷道兩幫采用5根左旋螺紋鋼等強預應力錨桿加d14型托架、鋼塑網或10#鐵絲金屬網聯合支護，錨桿規格為d20－M22－2400。每根錨桿采用一節Z2355型中速樹脂藥卷加強錨固;錨桿間排距為700 mm×800 mm。c)錨索為“三二一”布置，其中，一排三根錨索以巷道中心向兩側布置，間距1 400 mm，錨索規格d17．8 mm×6 300 mm，另一排錨索以2根錨索沿巷道中心對稱布置，間距1 800 mm，錨索規格為 d17．8 mm ×6 300 mm，2 排錨索間距為800 mm。另一根靠工作面煤幫300 mm處布置，錨索規格為d17．8 mm×8 000 mm。d)巷道肩角處頂部錨桿適當帶一定角度。幫、頂錨桿扭矩不低于150 N·m，機具扭矩不足時人工滯后加扭或采用MQ－90J2型氣板機加扭。

2．2 采動影響期間頂板強化管理

采動影響包括三個階段，采動超前影響、回采影響、充填留巷后殘余應力影響，在本工作面回采期間主要針對巷道頂板采取維護措施。

工作面煤壁向外30 m范圍，采用單體支柱(3排)支護巷道頂板。工作面煤壁向里200 m范圍，架設單體工字鋼棚成對支護(一梁三柱)。

待充填區頂板寬度2 500 mm，長度2 400 mm，當機尾架(139#架)前移時，沿走向使用1/2d200 mm×4．5 m板梁做橫擔，間距0．8 m，以保證頂板完整，防止漏矸。

2．3 留巷充填墻體內加固方案及參數

采用在充填體內旋轉鋼筋網的方法對充填體自身進行加固。充填前在充填模內布設鋼筋網，鋼筋直徑為8 mm，鋼筋網的方格尺寸為150 mm×150 mm，鋼筋網規格為長2 250 mm×高3 000 mm。

鋼筋網垂直于軌道順槽兩幫和底板布置，在鋼筋網的中部以及距頂底板各300 mm處用直徑為16 mm、長度為2 100 mm的螺紋鋼將3片鋼筋網連接起來，其中鋼筋網間距為1 000 mm，每片網距離兩面模板各200 mm。對于充填體由于受力等原因可能產生的裂隙，需要采取注漿加固的措施，以防止采空區瓦斯的泄漏。

3 結論

經過采用留巷填充控制圍巖的方案使西坡礦實現了無煤柱開采，提高煤炭回采率，延長了礦井服務年限。以前西坡礦工作面一直采用兩進一回布置方式，甚至是雙進雙回方式(雙U方式)，要投入大量時間去準備新的采煤工作面。而沿空留巷工藝的采用，減少了巷道掘進量，使沿空巷道繼續服務下一個工作面;此外，掘進工程量大量減少，工作面提前構成，為瓦斯抽采提供充足的時間和空間，可從根本上解決采、掘、抽銜接緊張問題。

沿空留巷充填材料選用膏體混凝土，其主要成分是：硅酸鹽水泥、碎石、砂子、粉煤灰、添加劑及水拌和的膏體混凝土。煤矸石作為采礦過程的副產品，多年來一直沒有得以利用，而且污染環境，目前，電廠通過對煤矸石燃燒發電，再將剩余的粉煤灰加以利用充填至井下，不但充分提高了資源的利用率，也同時為企業創造了更大的效益。

［1］ 康紅普，王金華．煤巷錨桿支護理論與成套技術［M］．北京：煤炭工業出版社，2007：338－343．

［2］ 康紅普，牛多龍．深部沿空留巷圍巖變形特征與支護技術［J］．巖石力學與工程學報，2010(10)：1977－1981．

［3］ 韓冬雪．米村礦260051工作面沿空留巷技術實踐［J］．中州煤炭，2010(11)：77－79．