15103工作面運輸巷沿空留巷技術(shù)研究

張林峰

（山西煤炭運銷集團(tuán)店上煤業(yè)有限公司,山西 高平 046700）

1 工作面概況

15103 工作面是店上煤業(yè)一采區(qū)回采工作面，地面標(biāo)高861m，井下標(biāo)高690~750m。該工作面西部為井田邊界，東部緊鄰一采區(qū)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?shù)装迩闆r見表1所示。

2 充填設(shè)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(qū)內(nèi)，如圖2 所示。

圖1 工作面平面示意圖

表1 煤層頂?shù)装迩闆r表

圖2 充填體位置圖

2.2 充填材料

（1）充填采用高水膠結(jié)材料，充填體濃度64%，單位立方米用量：高水膠結(jié)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(tǒng)

（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(shù)參數(shù)：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(xù)進(jìn)行。

② 泵站與充填點間使用電話聯(lián)系。

（2）充填管路

充填管路用Φ76×8mm 的無縫鋼管。

2.4 充填體穩(wěn)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(cè)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(cè)鋼帶布置示意圖

3 工業(yè)性試驗

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

（1）攪拌桶的改進(jìn)

試驗過程中發(fā)現(xiàn)攪拌桶的容積較小，充填所需時間較長，為此將原桶進(jìn)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(shù)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(fā)現(xiàn)原攪拌桶安裝在硐室底板水平面上，進(jìn)料口高，上料時需經(jīng)平臺二次轉(zhuǎn)料，上料較為困難，且產(chǎn)塵量大。為此，對攪拌桶安設(shè)位置進(jìn)行了改造。撤除了上料平臺，對安裝攪拌桶處的巷道進(jìn)行臥底，臥底深度1.0m，臥底后將攪拌桶安裝在池內(nèi)，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(jìn)行了封閉，減小了產(chǎn)塵量。

（3）充填垛體內(nèi)增設(shè)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(nèi)放置2 棵6 寸鋼管，鋼管內(nèi)充填漿料，下面找到硬底，上面接實頂板，用于增強垛體支護(hù)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(shè)計方案，在采煤班完成采煤之后，充填班要按照設(shè)計規(guī)范，首先對上一次充填體的支護(hù)進(jìn)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(guī)范要求，對即將進(jìn)行充填的空間進(jìn)行支護(hù)，支護(hù)要滿足強度要求，同時計算充填空間的大小，要保證頂?shù)装迤秸瑳]有尖銳的突起物，在安裝好的充填空間內(nèi)安裝充填袋。在充填現(xiàn)場工作完成之后，通知充填泵站進(jìn)行材料輸送。

在工業(yè)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(dá)到98%以上，克服了傳統(tǒng)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(xiàn)場實施效果

根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，得出圖4 中的1 月7 日安裝的充填體應(yīng)力測點的平均數(shù)值。從15103 工作面沿空留巷礦壓觀測充填體應(yīng)力曲線圖可以看出，充填體受到應(yīng)力高峰值7.6MPa，該數(shù)值是在充填體鉆孔應(yīng)力計安裝13d 后出現(xiàn)，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(wěn)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(yuǎn)遠(yuǎn)超過7.6MPa，充填體有足夠的強度支撐頂板來壓。從現(xiàn)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(yīng)力曲線圖

從圖4 可以看出，巷道內(nèi)的頂板壓力1#支柱為靠近充填體一側(cè)的，支柱壓力在上升至35MPa 后，基本上保持穩(wěn)定；2#支柱顯示應(yīng)力即煤體一側(cè)的應(yīng)力數(shù)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(xiàn)10~30cm 的凸起，經(jīng)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(jī)2 人，舊模板拆除、新模板支設(shè)8 人，跟班協(xié)調(diào)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(dá)到1.3~1.7MPa，2d可達(dá)到2.3~2.7MPa，3d 可達(dá)到3.8MPa，4d 可達(dá)到5MPa，8d 可達(dá)到8MPa，10d 可達(dá)到10MPa 以上，28d 可達(dá)到20MPa 以上。復(fù)用此巷時，稍作臥低修復(fù)即可，能節(jié)省大量工時和材料投入。

4.2 經(jīng)濟(jì)效益

（1）沿空留巷充填費用

① 充填系統(tǒng)費用：煤礦用液壓注漿泵2 臺、煤礦用攪拌機(jī)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(shè)備總價90 萬元。按照設(shè)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(jìn)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(shè)備維修費、電費、水費等，投入100 元/m。

（2）沿空留巷經(jīng)濟(jì)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(jù)噸煤利潤100 元計算，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)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(jìn)費用，掘進(jìn)費按5120元/m 計算。

上述取得經(jīng)濟(jì)效益總計：5120+890-3260=2900元/m。

留巷300m 的綜合經(jīng)濟(jì)效益為：2900 元/m×300m=87 萬元。

5 結(jié) 語

在15103 工作面運輸巷進(jìn)行沿空留巷充填試驗，布置充填輸送管路，優(yōu)化充填工藝，支護(hù)工藝簡單，減少了施工工序，降低了留巷成本，經(jīng)濟(jì)效果明顯。