深井綜采工作面無煤柱沿空留巷施工新工藝

亓東波

摘 要：我國煤礦的開采深度以每年8-12m的速度增長，東部礦區(qū)較早地進(jìn)入深部開采，隨著礦井的開采深度增加，地質(zhì)條件越來越復(fù)雜，煤層傾角變大，水平應(yīng)力和垂直應(yīng)力急劇升，而且水平應(yīng)力的影響明顯增強(qiáng)，個(gè)別區(qū)域甚至超過垂直應(yīng)力的影響，這就導(dǎo)致了相應(yīng)開采難度也越來越增大，呆滯煤量開采難度更大，深部礦井面臨找煤擴(kuò)量，減少資源丟失問題，同時(shí)由于過多的區(qū)段煤柱留設(shè)，帶來應(yīng)力集中引起的頂板災(zāi)害。深礦井開采的無煤柱沿空留巷就是今后煤礦開采的新途徑。。孫村煤礦無煤柱沿空留巷施工工藝，提出了切實(shí)有效的應(yīng)用技術(shù)，通過實(shí)施斷頂、注漿錨索加固、巷旁擋矸、掛網(wǎng)噴漿等綜合手段，在2318等工作面，取消區(qū)段煤柱改善頂板應(yīng)力分布，取得了良好的效果。

關(guān)鍵詞：鎖邊;加固;斷頂;擋矸;噴漿

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.05.086

0 前言

我國煤礦的開采深度以每年8-12m的速度增長，東部礦區(qū)較早地進(jìn)入深部開采，目前在淺部的礦井最終也會(huì)進(jìn)入深部開采。深部開采出現(xiàn)的主要問題是巷道礦壓顯現(xiàn)強(qiáng)烈，圍巖軟化，變形速度高，變形量大，維護(hù)困難。回采工作面兩端的區(qū)段巷道長期以來一直沿用留煤柱的方法進(jìn)行維護(hù)。采用煤柱維護(hù)區(qū)段巷道，煤炭損失量很大，一般占全礦煤炭損失總量的40%左右。因此，研究區(qū)段間無煤柱護(hù)巷技術(shù)，對大多數(shù)煤礦企業(yè)無論是從提高煤炭資源回收率還是降低巷道掘進(jìn)率上來講都是行之有效的良好手段。 受上部或相鄰回采工作面采空區(qū)影響，巷道圍巖條件極為復(fù)雜，過老巷、采空區(qū)、煤柱集中壓力區(qū)、復(fù)合頂板等特殊情況較多，巷道位于不穩(wěn)定巖體中，圍巖強(qiáng)度低、穩(wěn)定性差，普遍需要后期進(jìn)行擴(kuò)修和加固，特別是深部圍巖所處的“三高一擾動(dòng)”復(fù)雜環(huán)境，給沿空留巷技術(shù)的應(yīng)用帶來一系列的新問題，巷道圍巖壓力增大，動(dòng)載擾動(dòng)增多，圍巖變形量顯著增大，使常規(guī)的錨桿（索）+充填體支護(hù)技術(shù)已不能滿足支護(hù)要求，巷道維護(hù)變得異常困難。深礦井開采的無煤柱沿空留巷新工藝的成功，是今后煤礦開采的新途徑。

1 留巷情況

孫村煤礦自2017年以來開始實(shí)施無煤柱沿空留巷，分別在2、3、4、11、13層煤等工作面進(jìn)行了實(shí)施，無煤柱沿空留巷長度近2000米。下面以2318工作面為例說明：

2 2318工作面

工作面開采塊段走向長553.5～585.7m，平均走向長569.6m，傾斜長160.7～194.6m，平均傾斜長190.9m，下平巷埋深為-844.63～-859.7m，平均傾角16.3°。煤層厚度1.26m，基本頂為厚度2.0m的粉砂巖，灰色、易碎、不含水、無層理，抗壓強(qiáng)度19.0MPa。二層煤至三層煤層間距變化較大，工作面東部層間距3.5m左右，向西層間距逐漸增厚，厚度在8.0m左右。 2318下巷留巷為架棚式留巷，在巷道上幫超前打兩排注漿錨索加固，錨索間排距0.9m，一排鎖邊錨索，一排加固錨索，巷旁支護(hù)方式為“架棚棚腿+菱形網(wǎng)+噴漿+補(bǔ)噴”。

3 留巷工藝

（1）留巷位置：2318工作面下平巷自工作面切眼開始，西至切眼以西10m，東至停采線范圍。

（2）材料選型：Φ22×4100mm、Φ22×6000mm中空注漿錨索、鋼梁選用優(yōu)質(zhì)工字鋼（2.0～3.0m），菱形網(wǎng)（Φ10# 50×50 鍍鋅）。錨索盤：采用Q215鋼材制作蝶形托盤。

（3）鎖邊錨索：鎖邊錨索采用注漿錨索配合錨梁、錨帶加固頂板，錨索走向一條線，超前工作面30m進(jìn)行支打。按0.5m間距打超前斷頂孔。

（4）加固錨索：1000mm，間距900mm（±100mm），與原巷道支護(hù)錨索呈“五花布置”加固頂板。

（5）斷頂眼：與鎖邊錨索走向一致，眼距0.3-0.5m，眼深6m，其數(shù)值大小根據(jù)直接頂變化情況調(diào)整;水平夾角75°，其數(shù)值大小根據(jù)煤層傾角調(diào)整;但必須以有效斷頂為目的。

（6）采用架設(shè)梯形棚方式對留巷進(jìn)行二次加固支護(hù)，鋪網(wǎng)和腰幫進(jìn)行采空區(qū)擋矸。在梯在梯形棚棚頭，一梁二柱加固支柱保持30m，作為周期來壓的穩(wěn)定支護(hù)。

（7）噴漿封堵采空區(qū)：按水泥：紅石粉=1：4的配比攪拌均勻，潮料噴漿，將巷旁側(cè)全部嚴(yán)密封堵。

（8）使用新型封堵材料進(jìn)行采空側(cè)巷幫補(bǔ)噴封堵。受頂板動(dòng)壓影響局部出現(xiàn)噴體裂隙時(shí)，使用煤礦專用高壓噴涂設(shè)備，按照A、B料進(jìn)行1：1比例進(jìn)料，通過靜態(tài)混合器自動(dòng)混合，達(dá)到有效封堵。速密閉材料反應(yīng)時(shí)間短、速度快、膨脹系數(shù)高（10-30倍），反應(yīng)產(chǎn)物粘結(jié)性好，完全克服了傳統(tǒng)材料遇水剝落的缺點(diǎn)，固化后氣密性好、閉孔率高、不韌性、彈性、不開列、不脫落、高阻燃，因此可承受一定的地質(zhì)變化，能有效的起到防水防潮，防氣體泄露的作用，粘合力強(qiáng)。密閉性強(qiáng)，達(dá)到了有效封堵采空區(qū)的目的。

4 留巷觀測

留巷觀測方法：自切眼向外每隔10m設(shè)一組礦壓觀測點(diǎn)，采用“十”字觀測法觀測，進(jìn)行頂?shù)装寮皟蓭鸵平康挠^測。 根據(jù)觀測日頂?shù)装遄畲笠平?0mm，平均移近量19mm，兩幫最大移近量35mm，平均移近量11mm，巷道變形以底臌為主，頂板完整無彎曲斷裂，留巷后期保持巷道斷面，以臥底為主進(jìn)行整治。

5 取得效果及結(jié)論

（1）取得效果。通過采用錨注切頂技術(shù)“注漿錨索+架棚+菱形網(wǎng)+噴漿封堵+補(bǔ)噴”，達(dá)到了“留巷頂板拉的住，采空區(qū)頂板下的來，巷旁擋矸封堵嚴(yán)”， 實(shí)現(xiàn)成功留巷和采空區(qū)嚴(yán)密封堵;取消區(qū)段煤柱保證頂板應(yīng)力均勻分布，消除了開采過程中應(yīng)力集中的威脅，降低頂板災(zāi)害;通過對留巷頂板觀測，更直觀的了解采空區(qū)對巷道頂板變化的影響，深化了對頂板運(yùn)動(dòng)規(guī)律認(rèn)識(shí)水平;優(yōu)化采區(qū)工作面巷道布置，實(shí)現(xiàn)“110工法” ，減少煤柱損失，降低萬噸掘進(jìn)率。

（2）結(jié)論。我國許多煤礦已經(jīng)進(jìn)入了深部開采，結(jié)合深部礦井地壓增高、地溫增高、巖性變差的實(shí)際情況，對復(fù)雜條件綜采工作面安全開采技術(shù)進(jìn)行研究，通過在國內(nèi)第一特深礦井研究實(shí)施復(fù)雜條件綜采工作面安全開采技術(shù)，有效解決了深部條件下的無煤柱沿空留巷難題，降低頂板災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，成功實(shí)現(xiàn)了安全高效開采，提高煤炭資源回收率和經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)老礦井可持續(xù)發(fā)展，同時(shí)為其他深部礦井提供可靠的技術(shù)支持和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。