沿空留巷技術在安強煤礦的實踐應用

陳君龍

(百礦集團有限公司，廣西 百色 533000)

1 工作面概況

安強煤礦2202采煤工作面位于井田中部二號煤二采區，北臨2203采煤工作面，南臨2201工作面，見圖1。

圖1 二號煤二采區工作面沿空留巷工作面平面布置圖

2 支護設計

2.1 一次支護

充填巷道為矩形巷道，采用兩錨索、10根錨桿800mm×800mm。支護斷面尺寸和規格如圖2所示。

錨桿：頂錨桿采用Ф20× 2400mm左螺旋金屬錨桿，幫錨桿采用Ф18× 2400mm玻璃鋼錨桿，間排距800×800mm，每孔使用3根K2335樹脂錨固劑，使用100×100×10mm金屬托板。

錨索：采用Ф15.24×8000mm鋼絞線，間排距2400×1600mm，每孔使用6根K2335樹脂錨固劑。

錨網：采用2000×1000mm金屬鋼板網，網格100×100mm。

頂板錨桿采用凸型鋼帶進行連接加強支護，幫錨桿采用木托盤進行加固。

圖2 巷道斷面一次支護設計

2.2 二次支護

二次支護加強在充填側留出200mm的距離，進行單體液壓支柱配工字鋼梁加強支護，排距600mm。巷道中間支設單體液壓支柱點柱，排距為1200mm。為了防止充填體片幫傷人，須對充填體外加鋼絲網，如圖3所示。

圖3 巷道斷面二次支護設計

3 巷旁充填參數的設計與選取

3.1 巷旁支護強度

取切頂分層的分層厚度h=0.8m，切頂的總高度7.23m，n=9，α=45°，Ln=5m，ρ=2500kg/m3，R1=5MPa，a=3.5m，代入P=（M1+M2+M3）/a=1.7MN/m。

3.2 巷旁充填體尺寸的確定

巷旁充填體尺寸是指每次充填的長度、寬度、高度。

（1）充填工藝一般每班充填一次（袋），3班作業，工作面每班推進1.8m，每次充填長度為1.8m。

（2）根據以上計算，綜合安全生產及施工方便，取充填體寬度為1.0m。要求充填體強度1h達到0.5MPa，6 h達到2.0MPa以上。

（3）充填高度：理論充填高度就是采高。

3.3 充填量的計算

（1）充填漿液的濃度按高水材料漿體體積濃度Cv=13%配比。

（2）一次充填量：每次充填長1.8m，寬1.0m，高等于采高，則一次充填體積V1=1.8×1×1.2=2.16m3。若按高水材料漿體體積濃度Cv=13%的配比計算，則每次用的高水材料量為：Wm=V1·Cv·ρs=2.16×0.13×9=0.84t，即甲、乙料分別消耗0.42t。

（3）每次用水量Vo=V1·（1-Cv）·ρh=2.16×（1-0.13）×l=1.88 t。

3.4 巷旁泵充填系統設計

注漿泵采用2ZBSB型機械雙液注漿泵，JB1000型電動攪拌機。沿巷道分別向工作面鋪設兩路Ф50mm的無縫鋼管，各向里輸送兩種混合物，在離注漿點30m的位置加工相應變頭，兩根輸料管連接Ф51mm的高壓膠管，然后連接混合器，混合器出口再連接一根30m左右Ф51mm的軟管作為噴漿輸出管。安裝時，要求每隔300m安裝一個三通和球閥，以便管路疏通。

4 沿空留巷支架的選擇

設計方案由以下支架組成：模型支架，ZZC5200/10/17，1架；過渡支架，ZZG5200/09/18，2架；拖后支架，ZY2600/10/18，1架；中部支架，ZY2600/08/18，數量根據工作面布置情況而定。

4.1 模型支架

巷旁充填模型支架是為巷道充填設計的特殊設備。模型支架的功能和主要參數如下：

（1）模型支架位于工作面機尾支架的后部，在墻體凝固成型后，要跟隨掩護機尾的支架自行推進，形成新的充填空間。模型支架只需要擋住前、左、右3面，后面利用已經成形的墻體。

（2）考慮到模型支架比較滯后，而且在墻體凝固前要承受頂板來壓，因此沒計的模型支架要有一定的支護能力，設計工作阻力為5200kN。

（3）考慮到填充墻體的凝固時間，設計的模型支架為三步一拉，即過渡支架前移3個步距后，模型支架前移一次，過渡支架的推移步距為600mm，模型支架的推移步距為1800mm。綜合考慮，模型支架底座長度設計為2300mm左右，填充墻體寬度約1500mm。

（4）模型支架設置有擋板機構，綜合考慮最低、最高高度，確定模型支架高度為1000～1700mm。

4.2 過渡支架

根據薄煤層沿空留巷綜采工作面的配套要求、模型支架的移架、寬度要求，設計適合此工作面生產需要的過渡支架，過渡支架的功能和主要參數如下：

（1）過渡支架放置于工作面兩側，每側兩架，是為滿足模型支架的移架要求及各支架配套尺寸而設計的。

（2）工作阻力為5200kN，支架高度為900～1800mm，支架中心距為1500mm。

（3）過渡支架形式采用整體頂梁后部加伸縮梁形式。

（4）過渡支架中部采用連桿結構，提高支架的穩定性。

（5）過渡支架前部與刮板機連接件與中部架一致，以便更換。

4.3 拖后支架

模型支架滯后中部支架支護的距離較長，需要其他支架輔助支撐頂板來壓。另外，采空區冒落的矸石會阻止模型支架的正常工作。拖后支架的功能和主要參數如下：

（1）拖后支架放置于模型支架內側，每個工作面兩架。

（2）拖后支架設計工作阻力為2600kN，由于受兩側護板限制，支架高度為1000～1800mm，支架頂梁寬度為1470mm。

（3）拖后支架通過拉移千斤頂與前置的中部支架相連，采用三步一拉，固定座焊接在前部中間支架后部，固定座與拉移千斤頂連接。

（4）拖后支架在前置中部支架處操作，以保證人員安全作業。

4.4 中部支架

中部支架采用ZY2600/08/18液壓支架，具體數量由工作面長度、工作面配套后確定。

5 工作面采煤及填充過程

沿空留巷采煤工作面布置如圖4所示，A架及右側為中間架，A架后側為B架—拖后支架，左側為C架—過渡支架，過渡支架后側為D架—模型支架，中部槽在支架下方，采煤機置于中部槽上部。

圖4 沿空留巷采煤工作面布置圖

工作面采煤及填充過程如下：

（1）先對D架進行注漿，等待凝固，在等待墻體凝固的過程中，工作面其他設備正常生產。

（2）采煤機從巷道側到工作面方向行進割煤。割煤時，C、A架推移千斤頂應處于伸出狀態（伸出一個步距600mm）。

（3）采煤機整個走過A架后，C、A架下降200mm左右，A架抬底千斤頂伸出，將A架前部抬起。

（4）A、C架推移千斤頂收回將A、C架前移一個步距，A、C架后部的拉移千斤頂伸出600mm。

（5）C架后部伸縮千斤頂伸出，伸縮梁伸出600mm。

（6）A架抬底千斤頂收回，A、C架升起至工作高度（原高度）。

（7）A、C架推移千斤頂伸出一個步距（600mm）將中部槽前移一個步距。

（8）重復步驟（2）、（3）、（4）。

（9）D架前部伸縮千斤頂伸出，伸縮梁伸出600mm。

（10）重復步驟（7）、（2）、（3）、（4），此時A、C架后部的拉移千斤頂在原基礎上再伸出600mm，共伸出3個600mm，即1800mm。

（11）C架后部伸縮梁和D架前部伸縮梁收回。

（12）D架下降200mm左右，D架拉移千斤頂收回1800mm，D架前移1800mm。

（13）D架升起至工作高度（原高度）。

（14）B架下降200mm左右，B架拉移千斤頂收回1800mm，B架前移1800mm。

（15）B架升起至工作高度（原高度）。

6 沿空留巷效果分析

對留巷期間及復用期間的圍巖變形情況進行了觀測，對數據進行處理得到圖5所示沿空留巷（a）及復用期間（b）圍巖變形曲線。圖5數據顯示巷道的頂底板及兩幫最大移近量分別為145mm和79mm，巷道圍巖變形量較小，斷面收縮率不足9%。

圖5 沿空留巷（a）及復用期間（b）圍巖變形曲線

復用期間該巷道兩幫最大移近量為213mm，頂底板最大移近量為109mm，圍巖變形比較平緩，完全能夠滿足使用的要求。