沿空留巷技術在曹莊煤礦的試驗應用

徐延帥，孟天祥，孫久慶

（山東能源肥礦集團 曹莊煤礦，山東 肥城271600）

9500采區是曹莊煤礦的一個重點采區，工作面沿煤層走向布置，走向長度600m，以往上下兩個工作面需要留設10m煤柱，煤炭資源丟失嚴重，沿空留巷技術的應用降低了巷道掘進成本，緩解了采場接續，實現了無煤柱開采，提高了煤炭回收率。

1 9503工作面概況

9503為走向長壁工作面，井下位于東三采區9煤層東翼第二區段，東至F30斷層煤柱；西至9500軌道上山；南至9501工作面（已回采完畢）；北至尚未掘進的9505工作面。上覆八煤層8505工作面已回采，下伏十煤層尚未掘進，本面9煤兩極厚1.20～1.47m，平均厚1.34m，f＝1.5，局部含一薄層炭質粉砂巖夾石，厚0～0.10m，f＝4，屬簡單結構、穩定的中厚煤層。直接頂為粉砂巖，厚11.02m，深灰色，質細、性脆，節理發育，下部含菱鐵質結核及植物化石，局部為泥灰巖，厚0～1.25m，致密堅硬，f＝3～4；偽頂為炭質頁巖，厚0.10m，深灰色，頁理發育，強度低，f＝2；直接底為粉砂巖，厚0.54m，深灰色，質細、性脆，節理發育，含植物化石，f＝3～4。該面煤層傾向N31°W～N65°W，走向變化不大。煤層傾角為6°～14°，平均10°。工作面兩巷頂板支護：采用金屬錨桿掛冷拔鋼絲網、鋼筋梯作永久支護。本面采用綜合機械化采煤工藝。工作面采煤工藝：割煤→移架→推移刮板輸送機。設備配置：MG132／310－BW型雙滾筒采煤機、SGZ－630／220型中雙鏈可彎曲刮板輸送機、ZY3000／08／18型液壓支架 。

2 沿空留巷工藝流程及施工方法

2.1 超前支護打錨索

超前工作面30m運中巷使用錨索加強進行支護，第一縱錨索距巷道上幫0.4m，間距1.8m，每排一根，第二縱錨索距巷道上幫1.6m，間距3.0m，每排一根，錨索間距1.8m，每排一根，錨索采用Φ15.24mm、L＝6m的鋼絞線配合鎖頭、托盤制作；錨索外露長度為0.15～0.35m；每孔使用4塊Φ25mm、L＝350mm的樹脂錨固劑固定，錨固力不小于200kN／根（60MPa）、預緊力不小于98kN／根（30MPa）；托盤用長×寬×厚＝300mm×300mm×20 mm的鋼板制作，并在上面鉆一個直徑為18mm的圓孔。

2.2 工作面超前錨網支護支撐頂板

采煤機割煤完畢移架前在面前頂板錨網支護4排與切眼錨桿支護壓接。錨網支護排距0.8m，株距0.9m，錨桿采用Φ18mm×1800mm的等強度無縱筋螺紋鋼錨桿，間排距800mm×900mm，每根錨桿采用3卷樹脂錨固劑錨固，錨桿眼角度垂直于頂板，錨固長度1050mm；錨固力不小于64kN／根（合35MPa），扭緊力矩不小于300N·m。錨桿外露螺母部分為10～40mm。錨桿要橫向成排，豎向成線。錨桿打注后頂板要及時掛冷拔絲網加鋼筋梯，并壓茬聯結，壓茬長度不小于80mm，并用14＃鐵絲聯結，相鄰兩聯結點距離不大于200mm。

2.3 架后支設液壓支柱配合金屬鉸接頂梁支護頂板

拉架前，用厚100mm×寬200mm×長2600mm板梁背頂，板梁排距0.6m，板梁必須采用優質木材，拉架后板梁可回收到架前復用。為防止板梁在移架時滑動滾動不穩固，采用14＃鐵絲將板梁捆綁在頂板上，捆綁不少于3個點，捆綁在貼近錨桿的頂板網上。拉架后，及時撤掉頂板背頂板梁，拉架夠1.0m及時由下而上引掛頂梁支設支柱支撐頂板。采用正懸臂齊梁直線柱支設，支柱必須迎山有力，初撐力達到90kN以上，支柱必須墊鐵鞋，鐵鞋規格為Φ380mm。最上一排頂梁下支設密集柱，柱距0.5m，支柱以上必須設置擋矸網進行擋矸，防止老空區噴矸進入工作區，貼近老空區必須有不少于2棵趄柱，支柱必須全部拴防倒繩防倒。

2.4 壘砌矸石袋支護頂板

距運中巷上幫以上1.2m開始壘設矸石袋進行支護，矸石袋壘設成梯形，下幫豎直支撐頂底板，上幫垂直支撐頂底板，頂板接頂部分寬度不少于1.5m。壘設的矸石袋必須采用兩橫兩豎的花墻體擺放，保證矸石袋壘設牢固可靠，矸石袋支撐部分的支柱頂梁支護及時回撤。

2.5 在矸石袋及液壓支柱的保護下支設模板拌料充填

矸石袋滯后下端頭支架掩護梁最大距離4m，最小距離2.0m。混凝土墻滯后矸石袋最大距離4m，最小距離2.0m，每隔2.0m進行一次支設模板混凝土墻的澆筑工作。混凝土墻最大控頂距13m，最小控頂距9m，混凝土墻支設前必須檢查矸石袋牢固情況，確認安全后進行支設模板工作，模板采用長×寬＝2m×0.5m的木板，運中巷上幫模板外側支設一排密集支柱進行支撐擋漿，柱距0.6 m。模板上均勻布置3排錨桿作為澆筑配筋，頂板以下0.5m布置一根，底板以上0.3m布置一根，中間一根錨桿均勻布置于前兩根錨桿之間，排距0.8m，錨桿長度不低于1.2m，采用直徑18mm螺紋鋼錨桿。澆筑混凝土墻體采用水泥、沙、石子作為骨料。所用水泥為425＃普通硅酸鹽水泥，砂為純凈的河砂，石子粒直徑小于20mm，將粒徑大于15mm的石子控制在20%以下，石子過篩，并用水沖洗干凈。混凝土配合比為水泥：砂：石子＝1∶2∶2，速凝劑型號為J85型，摻入量一般為水泥重量的2%～3.5%，速凝劑必須在注漿機上料口均勻加入。注漿過程中必須用振搗棒進行搗實，防止澆注體蜂窩麻面，造成澆注體強度下降，澆注體必須接實頂板，不留死角。

2.6 充填體養護及拆模

澆筑完成后7天可拆除模板，模板拆除后澆筑體灑水養護時間不低于28天，7天前每班1次，7天后每天1次。

圖1 9503工作面運中巷（9505風道）沿空留巷支護平面

圖2 9503運中巷巷道原支護斷面

圖3 9503工作面運中巷（9505風道）沿空留巷支護斷面

3 沿空留巷施工注意事項

3.1 灌漿注意事項

① 支設模板前必須清理好浮煤浮矸，底板全部露出硬底后進行施工；② 支設模板施工必須先布設好錨桿，按規定距離布設；③ 攪拌輸送：檢查確定混凝土噴漿機工作狀況正常，管路暢通后，即可進行材料的攪拌輸送。進料要均勻連續，要嚴格按照配合比及水灰比施工。掌握設備的工作壓力，防止管路堵塞；④ 充填施工前必須先檢查配料是否合格，調定好風壓及供水器大小，嚴禁邊拌料邊上料，必須在施工前將全部用料攪拌好后進行一次性充填，盡量一次性充填完一個模板。充填料必須充填全面，不留死角，充填時用振搗棒搗實，充填體接實頂板；⑤ 施工完畢清理干凈灌漿機器，清理干凈出料管路，將噴漿機及管路全部移至安全地點，以備下次使用；⑥ 開啟噴漿機時必須先給水，后開風，再開機，最后上料；停機時，要先停料，后停機，再關水，最后停風。噴射工作開始后，嚴禁將噴射槍頭對準人員，噴射中突然發生堵塞故障時，噴射手應緊握噴頭并將噴口朝下；⑦ 充填時打開風水射流器，打開凈化水幕對巷道進行防塵，凈化水幕噴頭全部迎風安裝。

3.2 留巷段支護注意事項

在留巷段支設3排單體液壓支柱支護，上排支柱距離充填墻不大于0.5m，上排支柱距離上幫不大于1m，中間2排支柱距離保證人行道寬度不小于1.5m，靠上幫一排支柱距工作面下端頭支架距離不大于0.5m。沿空留巷支柱滯后工作面不少于150m，根據巷道壓力情況進行回撤，頂板破碎壓力較大處嚴禁回撤。在推采過程中，要及時整改歪斜的支柱，執行好先支后改的操作順序，確保支柱一條線。

3.3 回撤沿空留巷支柱注意事項

（1）回撤時不少于2人一組，配齊下述工具：專用水平銷、注液槍、錘（錘把長度不小于1.0m）、鎬、釬子（長度不小于1.2m）、卸荷手把（繩長不少于2.0m）、長把工具（長度不小于1.5m），確保工具完好。

（2）回撤前要先檢查充填墻及頂板煤壁情況，把松動墻皮及懸矸危巖用錘或長把工具敲落，防止墻體片幫砸傷和頂板來壓傷人，嚴格執行敲幫問頂制度，頂板壓力大、破碎的地方和墻體斷裂嚴重地段不再回撤，確保施工地點的支柱初撐力達到合格，及時更換卸荷或損壞支柱，確保施工地點的安全。

（3）回撤沿空留巷段支柱時，按照由里向外的順序進行回撤。①施工人員站在回撤柱以外并在有效支護下施工，監護人照明監護，站立在回柱人員后方人行道內；② 施工人員先在回撤的支柱頂梁上插上水平銷，水平銷小頭朝人行道，再用卸荷手把（長度不低于1.0m）卸荷單體，用錘砸掉水平銷，再打掉頂梁圓銷，使頂梁掉在地上，最后用不低于1.5m的長把工具勾出頂梁、支柱、鐵鞋；③ 施工人員始終站在有效支護下，施工時要側對撤除的支柱并保持退路暢通，其他作業人員及時把柱子鐵鞋頂梁拉出，施工人員按此順序依次回撤；④ 為不影響現場施工，卸除的頂梁、支柱、鐵鞋及時外運。回撤出來的支柱和頂梁及鐵鞋及時外運，碼放指定地點，清理好退路。外運支柱時，人員要順肩抬運，步調一致；抬放支柱時，要輕拿輕放，嚴禁拋扔。

4 結語

采用沿空留巷技術，少掘一條巷道，減少了施工量，縮短了工作面準備時間，有效解決了薄煤層采掘平衡失調的矛盾，而且能大幅度地提高礦井資源回收率，延長了礦井服務年限，是礦井安全生產和改善礦井技術經濟效果的一項先進的開采工藝，具有深遠的經濟和社會效益。

〔1〕宋振騏 .實用礦山壓力控制 .徐州：中國礦業大學出版社，1988.

〔2〕譚云亮，吳士良，寧建國 .礦山壓力與巖層控制 .北京：煤炭工業出版社，2008.

〔3〕蔣金泉，譚云亮 .礦山壓力監測與預報 .北京：煤炭工業出版社，1996.

〔4〕錢鳴高，石五平 .礦山壓力與巖層控制〔M〕.徐州：中國礦業大學出版社，2003，11.

〔5〕安徽理工大學 .困難條件下錨網索支護巷道沿空留巷圍巖控制機理及應用研究報告〔R〕.淮南：安徽理工大學，2004，6.