短壁連采密實充填支護工藝優化

楊瑞 郭鑫 周傳超

【摘 ?要】本文以某礦F7401E短壁膠結充填工作面為工程研究背景，通過支護工藝優化，實現了“三天掘進一條支巷、充填一條的支巷”的目標，月單進達到570m，并且通過現場表面位移和頂板離層儀觀測，巷道均無明顯變形，該項研究成果可為“三下一上”資源開采，尤其是斷層構造區不規則塊段資源高效經濟回收具有較高的推廣應用價值。

【關鍵詞】充填工藝;支護優化;礦壓觀測;巷道掘進

1 工程概況

F7401E工作面位于七采擴大區南部，工作面整體為一單斜構造，區內中小斷層發育。該工作面平均煤厚3.3m，煤層結構簡單，屬于結構簡單、厚度穩定的中厚煤層;工作面老頂為細砂巖，平均8.25m，直接頂為粉砂巖，平均0.9m，巖石硬度f=3.0;直接底為粉砂巖，平均3.4m，巖石硬度f=3.0;老底為細砂巖，平均3.95m，巖石硬度f=4.0。頂底板巖性特征圖如圖1所示。

工作面地表對應位置為泰新路以北，董家莊以西農田，埋深498m-597m，屬于典型的“三下”壓煤淺部煤層開采。為保證安全高效開采，采用短壁膠結充填工作面布置，即將工作面按走向劃分為若干條傾向巷道，由里向外編號1.2.3.4.5.6……奇數巷為支巷，偶數巷為煤柱巷。每個支巷（煤柱巷）長度57m，支巷（煤柱巷）施工時，下巷開門掘進施工至上巷貫通。支巷（煤柱巷）掘進施工完畢后，及時對巷道開門點進行封堵，準備留作充填使用。同時，考慮巷道充填效果及綜掘機的散熱情況，將工作面布置為偽傾斜，傾角平均為17°。

2 支護工藝優化

2.1支巷支護優化

原支護方案：巷道頂板使用4500mm新型“W鋼帶+金屬菱形網”護頂，頂板每排打設錨桿5根，肩角2根錨桿采用直徑20mm、長度2200mm的等強螺紋鋼樹脂錨桿護頂，打設角度與頂板成30°夾角;其余3根錨桿采用直徑20mm、長度2000mm等強螺紋鋼樹脂錨桿，垂直于頂板打設，錨桿間距1000mm;巷道兩幫采用“3根直徑30mm、長度1800mm的等強螺紋鋼式樹脂錨桿+新型W護幫鋼帶壓金屬菱形網（塑料網）”護幫，每排打設3根錨桿，幫部錨桿間距950mm，頂板、兩幫的排距為900mm。

現支護方案：頂板創新使用廢舊4寸管子加工的管子鋼帶及廢舊塑料網;頂板錨桿長度由原來的2200mm改為2000mm，兩幫使用廢舊皮帶加工的皮

帶網配合木錨盤支護，方便綜掘機截割，每排打設2根錨桿，幫部錨桿間距1200mm，頂板、兩幫的排距為1100mm。

開門及貫通各兩排頂板錨帶采用全錨索支護，錨索選用直徑17.8mm×4m錨索，開門及貫通5m范圍內，頂板排距縮至900mm。頂板破碎嚴重易形成網兜時，頂板敷設雙層金屬網護頂，頂板破碎嚴重且有淋水時采用“上金屬網+下塑料網”的雙網方式護頂。

2.2 煤柱巷支護優化

原支護方案：巷道頂板與原支巷支護方式一致，兩幫采用木錨桿支護。

現支護方案：巷道頂板與現支巷支護方式一致，兩幫不用支護，具體支護示意圖

3 礦壓監測

3.1充填密實性

通過理論計算及現場實測，核實充填支巷、煤柱巷所需的充填量，確保充填體接頂嚴實，同時為保證充填效果，對充填體強度進行檢測，抗壓強度達到2.5MPa，可有效支撐上覆頂板，從而有效控制地表沉陷。

3.2 巷道位移監測

在工作面充矸巷、運輸巷加密礦壓觀測點，除每25m布置一組頂板離層儀及十字測點以外，購置了鉆孔應力計、錨桿錨索應力傳感器、頂板位移傳感器，每25m設置一條礦壓監測線，實現礦壓數據在線傳輸。具體監測方式如圖10所示，同時支巷上縮口的煤柱制定回收方案，避免應力集中，通過現場實測，頂板離層儀讀數均小于10mm，頂底板移近量小于20mm，兩幫移近量小于20cm，巷道無明顯的變形。

3.3地表變形監測

為了觀測短壁膠結充填巷采對地表的影響程度，在七采擴大區布置了兩條測線，采用高清電子水準儀和GPS對地表進行了觀測，地面無下沉值。

4結論

1）短壁連采密實充填工藝是基于資源開發與生態保護互相協調的一種新型開采工藝，可實現“三下一上”資源，尤其是斷層構造區不規則塊段資源高效經濟回收，僅七采擴大區創造效益10022.14萬元。

2）通過支護參數優化，有效提高掘進效率，實現三天掘進一條支巷，掘進單進達到570米，且通過礦壓觀測，頂板及地面均無較大變形。

3）該技術成熟后可解放工廣壓煤、村莊下壓煤等可采資源600多萬噸，延長礦井服務年限4年。