充填開采工作面沿空留巷技術探討

摘 要：五溝煤礦生產任務重，接替緊張，掘進單進水平低，為保證工作面正常接替，五溝煤礦對充填開采首采工作面機巷進行了沿空留巷，先后采用了“壘砌矸石墻+半斷面”沿空留巷支護方法、“壘砌矸石墻+錨栓”沿空留巷支護方法、“π型鋼梁+單體支柱”沿空留巷加強支護方法，通過不斷改進，確定了最適合五溝煤礦的沿空留巷支護方法即“π型鋼梁+單體支柱”沿空留巷加強支護方法。

關鍵詞：沿空留巷 單體液壓支柱 加強支護

中圖分類號：TD353 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）06（c）-0036-02

皖北煤電集團五溝礦目前主采煤層10煤，平均傾角8°，為優質焦煤。礦井初步設計留設了60～91m的防水煤巖柱，壓煤3664.4萬噸，資源損失嚴重。如何在保證安全的基礎上使煤炭資源開采量最大化，對于實現五溝煤礦經濟高效可持續發展具有重要意義。為此，皖北煤電集團公司在2009年8月與中國礦業大學合作開展《五溝煤礦含水層下矸石充填開采可行性論證》，利用該方法解決五溝煤礦水體下安全采煤問題，解放了大量的含水層下呆滯的煤炭資源，可將開采上限提高至-255 m，使五溝煤礦解放煤炭儲量3155萬噸，延長了礦井服務年限；其次矸石充填能夠大幅度減輕地表塌陷，保護地面建筑和農田，實現礦區資源開發和生態環境的和諧發展。在充填開采基礎上五溝煤礦采用沿空留巷技術，將第一個充填面的機巷留作第二個充填面的風巷，留巷可以節省巷道施工費用，縮短準備工期，為以后的沿空留巷施工進行了技術儲備，為沿空留巷支護設計提供了技術數據。

1 原機巷基本情況

充填開采工作面機巷設計斷面為近矩形：正常段凈寬×凈高=4.6 m×2.8 m。

充填開采工作面機巷（面向切眼方向）左幫采用左旋無縱筋高強螺紋鋼錨桿配合M60鋼帶、金屬菱形網聯合支護，右幫采用左旋無縱筋高強螺紋鋼錨桿配合“W”型鋼帶、金屬菱形網聯合支護，間排距均為700×800 mm，錨固力不小于60 kN，采用1卷K2350型快速樹脂錨固劑錨固。

長M60鋼帶為：凈長×凈寬=1900×60 mm；短M60鋼帶為：凈長×凈寬=1000×60 mm。

長W型鋼帶為凈長×凈寬=1900×180 mm；短W型鋼帶為：凈長×凈寬=1000×180 mm，厚度均為3 mm。

錨索規格為Φ15.24×7300 mm，錨索托盤規格：長×寬×厚=250×250×16 mm，錨索間排距為1500×2400 mm，錨固劑型號為：K2350，Z2350每孔各2卷樹脂錨固劑，快速錨固劑裝入里端；錨索每排2根，矩形沿巷中對稱布置。

2 沿空留巷采用的方法

2.1 “壘砌矸石墻+半斷面”沿空留巷支護方法

（1）頂板加強支護。

頂板加強支護采用壘砌矸石墻加半斷面加強支護的支護方式。壘砌矸石墻寬度3000 mm，半斷面加強支護采用11#礦用工字鋼與錨索聯合支護的方式，頂梁兩根懸吊錨索。11#礦用工字鋼梁長度為1200 mm，垂直于巷道走向緊靠巷道頂板布置，排距400 mm。工字鋼上布置兩根錨索，錨索規格為Φ×L=15.24×7300 mm，錨索間距為700 mm，工字鋼外端頭距錨索200 mm，接榫端距錨索300 mm。工字鋼通過與采空區加強支護工字鋼接榫和頂板錨索聯合固定。頂梁相鄰兩個工字鋼梁用一套拉桿連接，拉桿采用8#槽鋼加工而成，11#礦用工字鋼棚腿長度為3240 mm。

（2）采空區側巷幫加強支護。

采用11#礦用工字鋼架單腿棚的支護方式。11#礦用工字鋼棚腿沿巷幫與底板成80°角布置，對應于頂板加強支護的半斷面工字鋼梁，排距400 mm，上端頭與工字鋼梁接榫，下端頭插入底板300 mm。工字鋼下部距底板向上300 mm的位置布置卡纜，工字鋼外側鋪設搪柴棍和鋼筋網，鋼筋網直徑Φ6 mm，每片鋼筋網的規格為B×L=1000×1700 mm，鋼筋網網格尺寸為100×100 mm，鋼筋網采用雙股12#鐵絲固定在棚腿上，相鄰兩片鋼筋網的搭接長度為200 mm，采用雙股12#鐵絲固定。每相鄰的兩個工字鋼棚腿使用兩套拉桿連接固定，拉桿采用8#槽鋼加工而成。

（3）采用此種方法沿空留巷，當工作面推進到70 m后，后方架棚支護棚腿彎曲、錯茬、鉆底情況嚴重，失去架棚作用，為保證安全我礦放棄了此種支護方法。

2.2 “壘砌矸石墻+錨栓”沿空留巷支護方案

2.2.1 巷旁壘砌矸石墻支護方式

巷旁壘砌矸石墻寬度為3000 mm，高度接頂接底，并使用規格為Φ×L=20×3300 mm全螺紋式錨桿配合鋼筋網、KTM3“W”型鋼帶和梯子梁進行固定。錨桿間排距為600×800 mm，頂錨桿距離頂板為500 mm，底錨桿距離底板為500 mm，每排4根錨桿，兩頭均使用托盤與相配套的螺栓進行固定。矸石墻外側鋪設鋼筋網，網片搭接長度不小于100 mm，連網絲由12#鐵絲雙股雙排扣扎結。“W”型鋼帶與梯子梁采用“十字”交叉布置的方式，垂直于巷道頂底板布置的為長度2400 mm的“W”型鋼帶，寬度183 mm，厚度3 mm，安裝于鋼筋網的外側和矸石墻內側；沿巷道走向布置的為梯子梁，用Φ12的鋼筋制作，寬度70 mm，長度900 mm，兩端各分布1個錨桿固定孔，錨桿固定孔間距800 mm，安裝于“W”型鋼帶的外側。

2.2.2 巷道頂板加強支護方式

頂板采用規格為Φ×L=15.24×7300 mm的錨索加槽鋼進行加強支護。在原機巷沿巷道走向布置一列錨索，錨索距離矸石墻側幫300 mm，間距1600 mm。每兩根錨索之間穿一根10#槽鋼，長度2000 mm。在壘砌矸石墻頂板上方，以矸石墻墻體中線對稱布置2根錨索，錨索間排距為1500×1600 mm。

2.2.3 采用此種方法，當工作面推進101 m時，沿空留巷內錨桿、錨索托盤脫落，頂板出現冒頂現象，此種支護方法失敗。

2.3 “π型鋼梁+單體支柱”加強支護方法

2.3.1 具體方法

采用的單體支柱型號為DW35-180/100X，設計每根π型鋼梁由三根單體支柱支撐，其中皮帶機道兩側的單體支柱之間的距離為1900 mm，軌道兩側的單體支柱之間的距離為1750 mm?？拷鼘嶓w煤幫側的單體支柱距實體煤幫距離為500 mm，靠近壘砌矸石墻側的單體支柱距離矸石墻的距離也為500 mm。

π型鋼梁沿巷道的傾向布置，采用的π型鋼梁長度為4.0 m，排距為800 mm，π型鋼梁兩端距實體煤幫和壘砌矸石墻的距離分別為300 mm，π型鋼梁采用單體液壓支柱支撐。

2.4 優點

這種布置方式更能適應工作面礦壓變化的需要，對頂板變形移動的控制效果明顯，目前我礦采用此種支護方法已成功留巷300 m，效果明顯，不影響下一個工作面使用。（如圖1）

3 結論

采用“π型鋼梁+單體支柱”加強支護方法能最大限度的消除壓、漏、推頂隱患，防止發生各種類型的冒頂事故；能保持頂板完整性，減少頂板下沉量，且單體液壓支柱能夠回收利用，所需費用最少。

參考文獻

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