15103工作面運輸巷沿空留巷技術研究

張林峰

（山西煤炭運銷集團店上煤業有限公司,山西 高平 046700）

1 工作面概況

15103 工作面是店上煤業一采區回采工作面，地面標高861m，井下標高690~750m。該工作面西部為井田邊界，東部緊鄰一采區軌道下山，可采走向長度為805m，可采傾斜長度為130.5m。工作面位置示意圖如圖1所示，煤層頂底板情況見表1所示。

2 充填設計

2.1 充填體位置確定

15103工作面運輸巷充填體完全放在采空區內，如圖2 所示。

圖1 工作面平面示意圖

表1 煤層頂底板情況表

圖2 充填體位置圖

2.2 充填材料

（1）充填采用高水膠結材料，充填體濃度64%，單位立方米用量：高水膠結材料1000kg，用水量560L。

（2）試塊的單向抗壓強度見表2。

表2 試塊單向抗壓強度（MPa）

2.3 充填系統

（1）充填泵站

充填泵選用KFYY-25 型煤礦用注漿泵1 臺，攪拌桶（直徑1.2m，高度1.4m，體積1.5m3）2 個，供液管路選用Φ89mm 的無縫鋼管1 路，總計約800m。注漿泵主要技術參數：最大流量25m3/h，輸入功率22kW。

泵站管理方法：

① 充填泵站用一趟Φ108mm（4 寸）的PVC管供水，供水能力不小于50m3/h，確保充填工作連續進行。

② 泵站與充填點間使用電話聯系。

（2）充填管路

充填管路用Φ76×8mm 的無縫鋼管。

2.4 充填體穩定性控制措施

在每個充填體上下布置2 排共4 個錨栓（Φ18×3400mm 的螺紋鋼制成）。即：上排錨栓在巷道側距頂板300mm，下排錨栓距底板高度300mm，錨栓間距約900mm，上下錨栓用鋼帶（長× 寬 × 厚=1200mm×275mm×2.75mm） 連 接，鋼帶眼距900mm，活眼尺寸18×100mm。如圖3所示。

圖3 充填體錨栓與兩側鋼帶布置示意圖

3 工業性試驗

在15103 工作面運輸巷沿空留巷過程中，為了進一步提高充填效率，充填開采過程中對工藝及設備使用進行了優化，主要進行了以下幾個方面的改進：

（1）攪拌桶的改進

試驗過程中發現攪拌桶的容積較小，充填所需時間較長，為此將原桶進行了升級改造。在攪拌桶高度不變的情況下，將桶徑由原來的1m 改為1.5m，容積由原來的1m3增為2.5m3，攪拌桶個數由原來4個小桶增加至2 個大桶，有效增大一次攪拌量，縮短了充填時間。

（2）充填硐室改造

試驗過程中還發現原攪拌桶安裝在硐室底板水平面上，進料口高，上料時需經平臺二次轉料，上料較為困難，且產塵量大。為此，對攪拌桶安設位置進行了改造。撤除了上料平臺，對安裝攪拌桶處的巷道進行臥底，臥底深度1.0m，臥底后將攪拌桶安裝在池內，僅使上料口露在巷道底板以上0.5m，上料高度由原來的1.4m 降至0.5m，減輕了職工上料時的勞動強度。同時對上料口進行了封閉，減小了產塵量。

（3）充填垛體內增設注漿鋼管

借鑒建筑大樓柱式支撐原理，后期在每一充填垛體內放置2 棵6 寸鋼管，鋼管內充填漿料，下面找到硬底，上面接實頂板，用于增強垛體支護強度，充填垛體寬度由2.5m 縮減至1.5m，效果較好。

（4）施工工藝

按照設計方案，在采煤班完成采煤之后，充填班要按照設計規范，首先對上一次充填體的支護進行撤出。按照順序依次拆除上一個充填體的支柱及模板。然后按照規范要求，對即將進行充填的空間進行支護，支護要滿足強度要求，同時計算充填空間的大小，要保證頂底板平整，沒有尖銳的突起物，在安裝好的充填空間內安裝充填袋。在充填現場工作完成之后，通知充填泵站進行材料輸送。

在工業試驗過程中，充填體固化時間短，抗壓強度高，有效地支撐頂板。同時，在固化過程中，料漿伴有5%~10%的體積膨脹，使充填體膠凝固后能夠較好地接頂，接頂率達到98%以上，克服了傳統沿空留巷充填過程中因頂板條件限制、充填材料固化收縮造成的接頂效果差的問題。

4 效果分析

4.1 現場實施效果

根據監測數據，得出圖4 中的1 月7 日安裝的充填體應力測點的平均數值。從15103 工作面沿空留巷礦壓觀測充填體應力曲線圖可以看出，充填體受到應力高峰值7.6MPa，該數值是在充填體鉆孔應力計安裝13d 后出現，此時距離工作面大約39m。之后，充填體壓力逐漸降低并保持穩定。在充填體來壓至最高值7.6MPa，該充填材料的充填體強度在7d 時抗壓強度為7.26MPa，13d 時抗壓強度遠遠超過7.6MPa，充填體有足夠的強度支撐頂板來壓。從現場情況可以看到，充填體基本沒有變化，能夠很好地支撐頂板。

圖4 沿空留巷礦壓觀測充填體應力曲線圖

從圖4 可以看出，巷道內的頂板壓力1#支柱為靠近充填體一側的，支柱壓力在上升至35MPa 后，基本上保持穩定；2#支柱顯示應力即煤體一側的應力數值一直緩慢上升。從整體上看，充填體距離15103 工作面39m 時承受來壓最大值為7.6MPa，充填體整體保持完整，只有個別充填體在巷道沿空留巷過程中表面出現10~30cm 的凸起，經觀察沒有影響到充填強度對頂板的支撐。

整個充填流程一般用工20 人左右，其中拌料8人，泵站司機2 人，舊模板拆除、新模板支設8 人，跟班協調1 人。充填班安排工作時間為7h。充填24h 后即可拆除模板，強度可達到1.3~1.7MPa，2d可達到2.3~2.7MPa，3d 可達到3.8MPa，4d 可達到5MPa，8d 可達到8MPa，10d 可達到10MPa 以上，28d 可達到20MPa 以上。復用此巷時，稍作臥低修復即可，能節省大量工時和材料投入。

4.2 經濟效益

（1）沿空留巷充填費用

① 充填系統費用：煤礦用液壓注漿泵2 臺、煤礦用攪拌機2 臺、Φ76×8 輸送管道700m、快速接頭、高壓閘閥6 個、充填軟管4 根、72 塊充填模板。以上設備總價90 萬元。按照設備使用年限5 年，每年按照充填長度3000m 計算，核算充填增加成本60 元/m。

② 每推進1m 充填材料成本費：每米巷道充填材料投入為2400 元。

③ 充填袋費用：投入100 元/m。

④ 人工費：投入600 元/m。

⑤ 其他費用：包括設備維修費、電費、水費等，投入100 元/m。

（2）沿空留巷經濟效益

① 按平均煤層厚度1.37m，煤柱寬度按最小5m 計算，容重1.3t/m3，每米回收煤炭8.9t/m，根據噸煤利潤100 元計算，創造經濟效益8.9×100 元/t（市場原煤單價）=890 元/m。

② 減少一條巷道的掘進費用，掘進費按5120元/m 計算。

上述取得經濟效益總計：5120+890-3260=2900元/m。

留巷300m 的綜合經濟效益為：2900 元/m×300m=87 萬元。

5 結 語

在15103 工作面運輸巷進行沿空留巷充填試驗，布置充填輸送管路，優化充填工藝，支護工藝簡單，減少了施工工序，降低了留巷成本，經濟效果明顯。