綜合機械化充填采煤留巷技術在平煤十二礦的應用

王曉林

(中國平煤神馬集團 安監局，河南 平頂山 467000)

填工作面運輸巷作為保留巷道，在回采過程中采用巷幫砌筑墻體的方法進行留巷，回收切眼在回采完成后，運用錨網、錨索，木垛、點柱支護的方式進行留巷。保留下的巷道作為下一工作面的巷道使用，節省了巷道掘進成本，同時也節省大量的時間，為緩解生產接替緊張局面，留出了寶貴的時間。留巷可以作為觀察巷道，對采空區充填體的充填質量進行長期觀測，作為充填效果檢驗的事實依據。

運輸巷留巷采用料石砌筑墻體的方法，伴隨充填回采工作的進行而進行。在砌料石墻前提前對運輸巷上幫進行擴幫，將橋式轉載機更換為40T 轉載機，協調好充填工作面出煤、充填和砌墻三個工序的關系?；厥涨醒哿粝锊捎没厥湛臻g現有的錨網、錨索，木垛、點柱支護的方式進行留巷。在施工支架回收空間時就考慮到留巷因素，減少留巷成本并確保留巷頂板支護的完整性。采面推進到距停采線12 米時工作面每割1 刀，打一排錨桿+M 鋼帶梁支護頂板，錨桿間、排距700 ×600mm，同時在支架頂梁上擺放一根順山原木原木規格Φ200mm×3000mm;工作面每割2 刀，打一排錨索加強頂板支護，錨索間、排距1500 ×1200mm，錨桿采用Φ22mm ×2200mm左旋無縱筋KMG(500)錨桿，錨索采用Φ22mm×7500mm 低松弛鋼絞線。距停采線10m 位置時停止后部充填，沿充填體打一排原木點柱，點柱間距0.7m。工作面切眼回收支架后在老塘側擺放3 個木垛，煤墻側打2 根點柱，一根點柱緊貼煤墻，兩點柱之間留有3.6m 寬巷道。

1 十二礦和該采面基本情況

平煤股份十二礦位于平頂山礦區東部，建于1958年，1960年投產，設計能力30 萬噸/年。投產后曾四次擴大井田范圍，進行兩次大的技術改造，目前設計能力為150 萬噸/年。該已15－13080 工作面位于己三采區東部，南鄰－270 大巷，北邊與己15－13040 采面相鄰，東邊為130 皮帶下山，西邊與己15－17－16023 采面相鄰。工作面走向長605m;傾斜長97.1m;回采面積58685m2;煤層傾角0°—4°，平均煤厚2.92m。

2 沿空留巷技術選擇

本區開采范圍為保護煤柱，其上建筑物較多，多為磚混結構的廠房和宿舍，還包括一些礦用運輸路線和公路線，若不采取措施來減小地表移動和變形值，而全部采用巷道頂板全部自由垮落，將會造成較大程度的采動破壞。

本區開采的保護煤柱所使用生產系統本著節約、高效的原則，盡量減小掘進工程量，加快采面接替，緩解十二礦生產接替緊張局勢，控制地表下沉。

沿空留巷就是對回采巷道進行保留，并作為準備采面備用巷道使用的方法，這種方法的優點就是減小巷道掘進量、節約掘進費用，提高煤炭回收率。

作為保護煤柱采用的留巷方法，在緩解接替緊張局面，提高綜合經濟效益，增加煤炭回收率的同時。所留巷道可以作為充填工作面回采結束后的觀察巷道，長期觀察研究，對充填效果檢驗，提供事實依據。

3 運輸巷沿空留巷設計研究

該處巷道承擔著出煤、回風兩項工作，考慮到推進和充填和轉載機位置等綜合因素影響，決定采取砌料石墻體加點柱的方法留巷。

3.1 己15－13080 里、外進風巷相交處的改造:對該處面向切眼方向的右幫9 架棚子(長度6m)的斷面進行刷大(見A處放大圖)。擴修后凈斷面為5.8m，凈高3.2m。施工單位根據擴修后的巷道尺寸規格，現場量出所需加長的29U 鋼短節。梁與短節搭接位置安裝三個卡纜，棚距600mm。每架棚子在安裝短節后，在每架棚子短節處按700mm 的間距，補打錨桿配合卡纜進行加固，另在每架棚兩腮處也要打錨桿進行加固，錨桿采用直徑20mm，長度2000mm 等強錨桿。詳見1－1 斷面。同時在擴修地點10m 范圍內補打錨索，錨索采用直徑22mm，長度7500mm，每排按1.5m 的間距布置3 根。對原己15—13080 回風巷與己15－13080 里回風巷交叉點，澆筑C30 鋼筋混土，長度8m(見交岔點平面圖)，砼體上方與頂板結合嚴密，砼體基礎深度不小于巷道底板350mm，并見實底，詳見交岔點平、斷面圖。縱筋、橫筋均采用直徑18mm 螺紋鋼，縱筋間排距300mm，橫筋間距500mm，鋼筋保護層厚度50mm，鋼筋布置詳見配筋圖。

3.2 加強己15－13080 里回風巷與己15－13120 回風聯巷相交區域的支護強度，①、對29U 型鋼棚子支護段采用直徑22m 長7.5m 錨索進行加強支護，五花布置，間距1.4m;其它區域補打直徑22m 長7.5m 錨索，間排距1.4m ×1.4m。②對回風巷上幫進行擴幫，留出鋪設轉載機和砌墻的空間，擴幫處采用錨網索梁支護:頂板采用直徑22mm 長度2200mm 左旋無縱筋KMG500 錨桿，幫采用直徑20mm 長度2000mm 等強錨桿，排距700mm，，錨索采用直徑22mm，長度7500mm，間排距1.4m×1.4m，采用鋼笆網，M 鋼帶。③沿交叉點開始料石墻，砌墻后兩側打原木點柱支護，柱距同錨桿排距，要求砌墻上下見實底，寬度不小于1m，超前機頭5m－10m。④將橋式轉載機更換為40T 轉載機，便于轉載機與運輸機搭接。

4 切眼留巷技術研究

4.1 切眼留巷技術選擇

切眼作為綜采設備回收的大通道，其在使用過程中的頂板支護的完整性，是最為重要的。充填開采液壓支架其功能特點，決定了其體積龐大，回收所需準備空間較大，這樣就給回收準備工作提出了較高的要求。同時，己15－13080 回收切眼作為下一充填回采工作面己15－13180 回風使用，要求保證較長時期內，切眼支護良好。

如若再使用傳統的切眼支護形式進行綜采設備的回收準備工作，勢必不能達到安全性方面和煤柱面回采整體設計需要，固需采用較為牢靠的留巷方式。

4.2 充填設備回收對切眼留巷要求的研究

充填設備的特點和回收方式決定了切眼留巷的各項技術指標，所以對充填設備及其回收進行系統了解和研究是非常有必要的。

4.2.1 自夯式充填開采液壓支架性能要求。自夯式充填開采液壓支架是綜合機械化充填開采工作面主要裝備之一，其目的是為實現充填開采所需要正常工作和維護的空間。

4.2.2 自夯式充填液壓支架后部必須提供可供充填機構工作所需的空間。設計的充填料充填液壓支架后部要安裝充填開采輸送機，為保證充填開采輸送機能夠正常工作和檢修，充填液壓支架后部必須提供可供充填開采輸送機與夯實機構正常工作時所需要的空間，而且充填開采輸送機懸掛高度盡可能增大。

4.2.3 自夯式充填開采液壓支架尾梁必須有足夠的強度。由于自夯式充填液壓支架比普通液壓支架增加了尾梁結構，支架的控頂范圍增大，頂板對支架特別是對支架尾梁的壓力比較大，尾梁下還需要懸掛充填開采輸送機，因此尾梁必須有足夠的強度，以滿足工作要求。

4.2.4 需要安設可調整充填開采輸運機高度的設備。按照設計，自夯式充填液壓支架的尾梁要與充填開采輸送機用單掛鏈聯接，為了方便管理和檢修，充填料充填液壓支架的尾梁要安裝有可調整高度的千斤頂，便于調整支架尾梁高度。

4.3 自夯式充填開采液壓支架結構原理

由于充填開采工作面充填開采液壓支架后部需安設充填開采輸送機、夯實機等充填設備，支架后部出現故障時，需要人工到后部處理故障，所以支架必須留有一定空間，方便人員到后部處理故障。因此，選用四柱支撐掩護式支架。支架控頂范圍在7.0m 以上，支護高度為2.0～5.0m，采用四連桿機構。

4.4 充填支架主要結構特點

4.4.1 支架采用鉸接前梁－前頂梁－后頂梁、Y 型正四連桿六柱支撐式，采用Y 型上連桿，上部兩處與前頂梁鉸接，提高了支架的抗扭能力，在Y 型上連桿中間留有觀察口，以便于觀察后部的充填程度。

4.4.2 支架前頂梁前端鉸接有前梁，在前梁千斤頂作用下，前梁可以上下擺動，能更好的適應不平整頂板條件。運輸時可將前梁千斤頂摘下，減小運輸尺寸。

4.4.3 護幫鉸接在前梁前端，采煤機過后護幫板可展開，來維護煤壁，有利于對煤壁片幫的控制，該防片幫梁采用四連桿型式，挑起力矩大。

4.4.4 前頂梁采用單側活動側護板，另一側焊死。

4.4.5 推移機構采用鉸接式推桿倒裝推移千斤頂機構。推移千斤頂缸徑Φ160mm，桿徑Φ105mm，行程700mm。

4.4.6 后頂梁采用兩根Φ200mm 的立柱支撐，以提高支架后頂梁的支護能力。

4.4.7 后頂梁寬度1350mm，后頂端帶斜角，末端1250mm 寬。后頂梁前端單側帶有側護板，可有效防止矸石落入工作空間。

4.4.8 后頂梁內設計有拉移充填輸送機的機構。

4.4.9 后頂梁下部設置有滑道，長度為700mm，能使充填輸送機在后刮板伸縮千斤頂的作用下在支架后頂梁下部滑動。

4.4.10 上部壓實機構采用與底座鉸接的方式。壓實頭仿照鏟斗機構設計;推板橫寬約1300mm，高度約480mm，角度105°。壓實機構可拆卸。

4.4.11 下部壓實機構采用兩個獨立的內伸縮式箱體結構，每個寬約482mm，高度為800mm。下壓實千斤頂采用兩根(160mm 的千斤頂，行程為450mm。

4.4.12 大于100kg 的零部件均設置起吊孔、起吊環。后頂梁兩側不少于4 個起吊環。

4.4.13 支架前、后均設置噴霧裝置。

4.5 工作面頂板控制

工作面采用矸石充填控制采空區頂板下沉，工作面支護采用66 組ZZC8800—20/38 型支撐式充填液壓支架，工作面最大控頂距8.91m，最小控頂距8.36m，移架步距0.55m。

4.5.1 支護要求如下:本工作面為充填開采工作面，工作面在完成1 刀采煤工作后進行充填，將支架移直后，調整好后頂梁及支架后部充填輸送機，依次開動工作面充填輸送機、膠帶轉載機、運矸膠帶輸送機等設備，利用充填輸送機放矸孔將充填料卸到采空區，再用支架夯實機構對充填料進行夯實充填，確保頂板來壓時減少頂板下沉量。

4.5.2 上下端頭分別使用4 對8 根3.6mπ 型梁支護上、下端頂板，上、下端各2 對，沿走向布置，抬棚梁一梁三柱，交替邁步前移，邁步步距1.2m(過機頭、機尾時可出現一梁兩柱，過后及時補齊)，嚴禁出現丁字棚、十字棚、對口棚子等。

4.5.3 進風巷動壓區支護里段錨網支護段架設兩排走向點柱，外段U 型鋼拱形棚子段兩排為架設兩排走向抬棚套順山圓木(在原U 型棚子間套圓木，用單體柱做腿)，雙抬棚使用金屬鉸接頂梁，鉸接梁要求一梁一柱，圓木規格Φ200 ×(4200～4400)mm，回風巷動壓區支護為架設兩排走向點柱。進回風巷所用柱子為DZ3500 單體液壓柱，支柱順巷道排成直線，迎山有力打在硬底上，工作面支護如圖。

已15－13080 工作面支護示意圖

4.6 己15—13080 工作面回收切眼留巷目的

根據十二礦充填開采工作面接替安排，上邊還有2 個充填工作面，既己15—13180 工作面和己15－13160 工作面，而這兩個工作面掘進時回風必須走原己15－13080 工作面回風巷，如果己15－13080 工作面回收切眼不予保留，則必須在回收切眼外重新掘一條100m 的回風巷以滿足2 個備用面掘進時的回風需要，根據這種狀況，十二礦考慮將己15－13080 工作面回收切眼保留下來做回風巷道。

5 結語

綜合機械化充填開采沿空留巷技術的應用，可以實現采區殘留保護煤柱機械化和規?；焖匍_采，促使充填開采效率和效果的顯著提高。該項目成功實施，減少了充填開采巷道掘進工程量，提高了資源回收率，留巷成功也從另一個方面驗證了充填開采對頂板控制是成功的，對集團公司充填開采技術起到補充和完善的作用，進一步推動礦井和集團公司充填開采技術發展，推廣前景非常廣闊。項目成功實施，減少了充填開采巷道掘進工程量，提高了資源回收率，經濟效益非?？捎^。隨著該項目在十二礦和集團公司的推廣應用，更多的“三下”壓煤將被開采出來，延長了礦井服務年限，經濟效益更加顯著。