沿空留巷“Y型”通風無煤柱開采技術實踐

穆三奴 白彥文

（山西柳林寨崖底煤業(yè)有限公司，山西 呂梁 033300）

寨崖底煤業(yè)有限公司120308工作面主采3#煤，煤層厚度為1.2m，采出速度慢，交替緊張，安全管理難度大。通過工程類比等研究，提出了沿空留巷“Y”型通風無煤柱開采技術，即120308軌道順槽在回采過程中進行充填留巷，并將該巷道作為后續(xù)120307工作面的軌道順槽，同時在工作面運用“Y型”通風的布局，在區(qū)段間引入無煤柱連續(xù)開采技術。

1 概況

3#煤層傾角為1°～3°，平均厚度1.2m，120308軌道順槽為矩形斷面，毛寬、毛高分別為4.5m和2.4m，支護為錨網梁索方式。巷道直接頂板為泥巖和砂質泥巖，厚度在0.7～1.4m；基本頂為泥巖和砂巖，平均厚度為7.54m；底板為泥巖和粉砂巖，平均厚度為2.4m。工作面采用后退式走向長壁開采，綜采工藝，全部垮落法管理頂板。根據巷道頂板巖層情況、工作面礦壓顯現規(guī)律以及工作面推進度，確定充填寬度為1.2m，充填高度為采高1.2m，每班充填4.8m或3.6m。

2 沿空留巷巷旁充填技術

2.1 充填材料

充填材料主要為高水凝速材料，其中基料為硫鋁酸鹽水泥熟料，在其中融入石膏、石灰、懸浮劑等其他輔助材料；充填材料分為甲料和乙料，以1∶1的比例配合使用。甲料、乙料均可單獨和水進行混合，并保持24h不凝結，但甲料、乙料混合之后能夠加速凝結硬化。因此，為預防材料在攪拌環(huán)節(jié)和運輸環(huán)節(jié)出現材料凝結和硬化，導致管路、設備失效，應將甲料和乙料進行分開攪拌和運送，在進場過程中按比例等量進入，并混合均勻，以滿足強度需要。

按照中國礦業(yè)大學所提供的實驗報告，高水速凝材料在填充過程中前一個星期時間內強度加強較為明顯，隨后增速較為緩慢，并于28d左右形成最大值。水灰比例越小，強度越大，當水灰質量比為2:1時，所形成的最大強度值為6.8MPa。根據現場情況，本次充填水灰比為1.5:1，即1kg的高水充填材料加1.5kg的水。

2.2 充填工藝

充填系統(tǒng)：攪拌桶在工作過程中對甲料、乙料進行分別攪拌，并按比例混入等量粉煤灰，以雙液充填的方式進行加壓，在雙趟高壓管路中形成漿液輸送，在留巷區(qū)域充填至充填袋中加以混合和凝固。

充填工作組按照巷道中已形成的充填塊，定位充填位置，并對頂板作出支護。在支護過程中按照頂板是否完整考慮是否需要采取臨時性支護措施，以滿足安全需要，并開展浮煤清理工作和填充袋吊掛工作。將凝固后的充填體鋼筋網拆除，對鋼筋網中的填充袋以聯接和對拉的方式形成支柱。

3 沿空留巷支護技術與方案

3.1 巷內補強支護方案

沿空留巷在實際工作中需要歷經兩次工作面采動，因此頂板區(qū)域活動較為劇烈。為有效控制頂板，可在支護基礎上進行補強。具體方式如下：用參數為Ф17.8×7000mm的預應力錨索對頂板作出支護，距采煤幫650mm，每排用錨索一根，排距1600mm，用CK2340樹脂藥卷一根、Z2360樹脂藥卷兩根、300×300×16mm鋼墊板一塊和鎖具一套，預緊力不低于100kN，錨索錨固力不小于200kN。補強支護斷面圖如圖1所示。

圖1 120308軌順巷內補強支護斷面圖

3.2 留巷段輔助加強支護方案

工作面回采之后的順槽需要進行保留，以便下一區(qū)段工作面使用。在回采階段和留巷階段，頂板活動較為劇烈，需要進行輔助加強支護。在充填體采空區(qū)側架設“單體液壓支柱+π型鋼梁”臨時支護。輔助支護手段包括：以π型鋼梁為基礎的單體液壓支柱、鐵鞋，柱距1.2m、排距1.0m，邊柱距為0.45m，每排單體液壓支柱4根。如圖2所示。

圖2 留巷段輔助加強支護方案

4 礦壓觀測

4.1 充填體載荷變化規(guī)律

充填體隨著工作面推進呈現出一定變化，在距離工作面0～12m的區(qū)域內，充填體載荷壓力為0～3.2MPa，在此階段增速較快；在12m～32m的區(qū)域內，載荷壓力急速增加，并于32m時形成最大值6.2MPa；在32m之后區(qū)域基本穩(wěn)定。因此充填體穩(wěn)定性相對較好，能夠滿足頂板完整性需要，維持巷道施工安全。

4.2 充填體及圍巖變形規(guī)律

120308工作面回采結束后，充填體變形量為0.05%。120307工作面回采過程中，巷道在二次回采影響下底鼓200～300mm、兩幫移位靠近100～200mm。變形規(guī)律表明：上區(qū)段的充填體在單次回采中較為穩(wěn)定，在二次回采后，也可以滿足無煤柱開采要求，本次工業(yè)試驗較成功，檢測120307工作面無瓦斯積聚現象。

5 效益分析

充填費用主要分為下述幾個項目：充填材料成本、充填體支護材料成本、充填袋成本、人工成本等。本次充填費用如表1所示，120308軌順高水材料沿空留巷綜合成本為每米1235元。

表1 120308軌順充填成本一覽表

120308軌順充填總長577m，總成本為71.26萬元；120307工作面回采時可以多采出原先區(qū)段間20m的護巷煤柱（煤量為19387t），按利潤500元/t計算，可多創(chuàng)造煤炭利潤969.3萬元 。由此可見，沿空留巷無煤柱開采技術能夠形成經濟效益898.1萬元。

6 結論

沿空留巷“Y型”通風無煤柱開采技術的成功實踐，能夠推進礦井安全高效生產，提升資源回收率，延長礦井服務時間，規(guī)避煤柱下方所形成的應力集中現象，有效縮減上下區(qū)段銜接接替時間，改善礦井工作面接替緊張的局面，有效稀釋排放瓦斯氣體。