中興煤礦綜采工作面沿空留巷技術實踐

楊 剛

（汾西礦業兩渡煤業， 山西 靈石 031302）

引言

目前，煤礦普遍存在采掘接替緊張的情況。在高瓦斯礦井中，高抽巷等瓦斯抽采巷道的掘進使采掘失調的情況更加嚴重。沿空留巷技術能有效減少掘進工程量，提高煤炭采出率，是解決上隅角瓦斯積聚問題的一種途徑。

中興煤礦屬高瓦斯礦井，1207下工作面需掘進高抽巷，掘進工作量大，工作面接替緊張。為保證接續，降低掘進率，同時從根本上解決上隅角瓦斯積聚的問題，1207下運輸巷采用沿空留巷。

1 工程概況

中興煤礦2#下煤厚1.8～2.2 m，屬中厚煤層，是井田較穩定地段，煤層結構較簡單，含夾矸2～3層，工作面大部分穩定可采，瘦煤、焦煤，煤層傾角為2°～16°，煤層頂底板情況如表1所示。絕對瓦斯涌出量為43.32 m3/min，相對瓦斯涌出量為18.46 m3/t，屬于高瓦斯礦井。1207下運輸巷與三采皮帶巷聯通，構成輔助進風、行人、運煤系統；1207下材料巷與三采軌道巷聯通，構成主進風、行人、運料系統，工作面回風通過工作面經1209下切割巷、1209下運輸巷與一采回風巷聯通，構成回風系統，巷道布置方式如圖1所示。

2 沿空留巷圍巖控制機理

沿空留巷巷道圍巖控制關鍵是要使巷旁支護體有足夠的支護強度及適量的可縮量。為使上位巖層能夠受到采空區冒落矸石及側向煤體支撐，巷旁支護體必須有足夠的支護強度，并能及時切落采空區側一定高度的頂板巖層。同時，由于巷道支護不可能改變基本頂的回轉下沉，巷旁支護體必須有適量的可縮量，防止在頂板巖層旋轉下沉時破壞充填體，使頂板載荷向煤體及采空區轉移。因此：

表1 工作面煤層頂底板情況

圖1 1207下工作面巷道布置

1）巷旁充填體應具有早期強度高、增阻速度快的力學特性，緊跟工作面充填，與巷內支護共同控制巷道圍巖變形，確保直接頂完整，避免離層的發生。同時，切落采空區側直接頂，減小充填體載荷。

2）充填體的支護阻力不得低于切頂阻力，避免回采過程中由于基本頂破斷、失穩引起的劇烈沉降，降低施加于充填體上的載荷。

3）巷旁充填體在巷道圍巖穩定之后的支護阻力應能維持頂板巖層的平衡，并將巷道變形控制在設計范圍內。

3 沿空留巷巷旁支護充填技術

3.1 巷旁支護技術

中興礦1207下運輸巷的巷旁支護體寬度2.5 m、充填體抗壓強度8.0 MPa。沿空留巷充填體位置選擇在機頭采空側第1、2個支架后方，充填包規格根據實際情況采用三種：長×寬×高為4 000 mm×2 500 mm×3 000 mm、3 500 mm×2 500 mm×3000 mm、3 000 mm×2 500 mm×3 000 mm。一次充填長度為一天工作面推進的長度，一天充填一次，當工作面支架后方至已充填墻體的距離達到4.2 m時必須先停止工作面的推進。

在工作面割煤之后，在施工區域進行打帶帽點柱與臨時支護。在工作面機尾頂板鋪設4.5 m×1.0 m的金屬網，采用Φ22 mm×2 400 mm的螺紋鋼錨桿配合鐵餅壓網維護，從巷道煤幫處的角錨桿開始每隔850 mm施工一根錨桿，每排5根，排距800 mm，W鋼帶采用3 700 mm的W鋼帶及500 mm的W鋼帶各一片。采煤機循環三次工作面機頭施工兩排頂錨桿，聯網搭接100 mm。

為保證充填體充填期間頂板的控制及作業人員的安全，支架后方與充填體中間區域采用“一梁二柱”垂直巷道進行支護，兩頭支柱距梁頭200 mm，棚距為1 000 mm，每排布置一根3 600 mm的π型梁。采空區側使用單體支柱配合500 mm的短π型梁配合鋼筋網片對落山側的矸石進行阻擋，單體支柱間距800 mm，與采空區側靠充填墻側單體支柱距離800 mm。沿空留巷內順巷道布置雙排帶帽點柱（DZ-3.15）加強支護，柱帽采用500 mm的短π型梁，柱距1 600 mm，點柱距兩幫為800 mm，柱帽順巷道布置，支柱必須穿柱靴，如圖2所示。工作面正常回采后，對留巷內滯后工作面200 m外的單體支柱可以逐步回收，但是遇頂板破碎、頂板壓力大等情況則不得回收。

為了增加巷旁充填體抗變形能力，采用鋼筋網加充填袋，為符合煤礦安全規程要求，充填袋的材質應具有一定的強度與抗靜電、阻燃的性能。充填袋的尺寸應巷旁充填體的大小而定，滿足一次充填及吊掛的要求，加工接縫結實牢靠。支設柔模時使用Φ20×2 700 mm的對拉錨桿穿過柔模兩側的吊掛孔，對拉錨桿的兩側使用螺帽配合鐵餅固定并緊固，緊固后保證柔模的填充寬度為2 500 mm，柔模兩側外露錨桿長度為100 mm，如圖3所示。落山側、煤柱側使用DZ-25或DZ-28型單體液壓支柱進行支護，間距800 mm，單體支柱回收在距工作面煤壁10～15 m時由里向外依次進行回收。

圖2 端頭支護及巷內支護布置圖（mm）

圖3 對拉錨桿布置示意圖（mm）

沿空留巷充填體每隔6 m留設一個寬為200 mm的預埋孔，距頂板300 mm。第一次充填時，在落山幫預埋第一根抽放管，正常循環后，每6 m布置一根抽放管，如圖4所示。

圖4 采空區瓦斯抽采示意圖

3.2 充填工藝

中興煤礦沿空留巷時巷旁充填采用高水速凝充填材料。該材料由甲料、乙料以質量比1∶1配合使用。根據該工作面上覆巖層結構特點及井下施工條件，選用袋裝凈漿材料，水灰質量比確定為1.5∶1進行充填。

3.2.1 充填泵站布置

采用1臺流量為120～150 L/min的雙液充填泵充填。甲料、乙料各配2臺攪拌桶，每臺攪拌桶容積1.0 m3，攪拌桶附近布置料場，每種材料料場可存放5 t材料，充填泵站布置材料巷500 m位置，位置可根據現場實際情況調整。充填泵站布置情況如圖5所示。

圖5 充填泵站布置示意圖

3.2.2 架設充填袋和鋼筋網

一般一天充填一次，下井后一部分人首先到工作面后方充填點附近清理浮煤等工作，尤其是架設充填袋的底板位置需要清理干凈，然后將兩側鋼筋網及前鋼筋網采用單體液壓支柱固定好、吊掛充填袋。

3.2.3 試驗系統

架設好充填袋和鋼筋網后，先用清水試驗攪拌桶、充填泵、充填管路及充填點與泵站之間的聯絡是否正常，一切正常后便可進行充填漿液。

3.2.4 上料、攪拌

先根據設計的上水量上水，先上水再加高水速凝材料，注意甲料、乙料不能混加，攪拌時間不少于5 min，且攪拌均勻、達到攪拌時間要求的漿液才能泵送。

3.2.5 泵送與清洗設備

將充填泵的吸漿籠頭放到攪拌均勻的攪拌桶中，開動充填泵進行泵送。在泵送過程中，要注意甲料、乙料兩種漿液是否等量，如果不等量要及時清洗、查找原因。漿液泵完后及時泵送清水，清洗充填泵和管路，直到清洗干凈，同時清洗干凈攪拌桶。每次充填工作結束后，派專人撤洗充填泵的泵頭，及時上潤滑油等保養工作。

4 實踐效果分析

4.1 經濟效益

中興礦1207下回采工作面采用“Y”型沿空留巷開采，減少了工作面與工作面之間30 m的煤柱損失量，實現了無煤柱連續開采，同時減少了一條巷道的掘進工程量。

1）30 m煤柱可增效益：按工作面順槽長度1 000 m、平均煤厚1.6 m、原煤每噸240元計算。則可節約1 521.216萬元。

2）巷道掘進費用的減少。每米掘進巷道成本3 000元，減去維修留巷成本960元，每米巷道可節省2 040元，1 000 m巷道可節省204萬元。

4.2 社會效益

1）取消了區段煤柱，提高了煤炭資源的回收率。

2）工作面采用Y形通風后，不僅有效解決了工作面上隅角瓦斯積聚的問題，還可以提前進行下一區段煤層瓦斯的抽采，節省了瓦斯抽采時間，同時，有利于工作面接續。

5 結語

沿空留巷巷旁充填技術在中興煤礦1207下回采工作面取得了圓滿成功。巷旁充填技術采用ZKD型高水速凝充填材料作為巷旁支護體，技術可靠，工藝成熟，經濟合理，不僅降低了巷道掘進率，保證了工作面正常接續，而且取消了區段煤柱損失，提高了礦井資源回收率，延長了礦井服務年限，具有深遠的經濟和社會效益。