寺家莊礦大采高工作面巷旁充填沿空留墻技術應用

段春陽

（華陽新材料科技集團有限公司，山西 陽泉 045000）

1 引 言

長期以來我國以煤炭作為主要消費能源，我國煤礦以地下井工開采為主，一般采用走向長壁采煤法，相鄰工作面采用留設煤柱維護其回采巷道，這就造成了大量的煤柱資源遺留在采空區，同時生產時間也表明煤柱寬度對巷道的維護效果并非越寬越好。目前許多礦井采用了沿空留巷技術用于實現無煤柱開采，沿空留巷技術是指采用一定的技術手段將上工作面回采巷道保留下來用于下工作面，沿空留巷技術可形成Y 型通風，還可顯著提高煤炭回收率、降低巷道開拓成本，目前沿空留巷一般要在采空區巷幫構筑充填墻體，同時采用一定的巷內加固技術以實現留巷的穩定控制[1-5]。

2 工程背景

寺家莊礦15117 綜采工作面開采15 號煤，位于+510 水平中央盤區，工作面采用一次采全高綜采工藝，工作面標高470～515m，地面標高925～1 005 m，南部為盤區準備巷道，東部為15119 工作面（未掘進），西部為15115 工作面（已回采）。15 號煤層平均厚度為5.62 m，平均傾角6°，賦存穩定，結構較復雜，一般含矸2～3 層，塊狀及粉狀；直接頂為砂質泥巖，平均厚度5.33 m，深灰色，富含植物化石碎片，及碎屑化石，夾粉砂巖條帶，顯示水平層理，具節理；老頂為粉砂巖，平均厚度6.71 m，灰色，砂質泥巖互層，顯示緩波狀層理，富含植物化石碎片；直接底為泥巖，平均厚度2.29 m，灰色，含黃鐵礦結核，含植物化石碎片，老底為砂質泥巖，平均厚度5.78 m，深灰色，含團塊狀褐鐵礦，分選磨圓較好。為提高煤炭回收率、實現采空區遺煤自燃的有效防治，15117 綜采工作面采用沿空留墻技術在15117 進風巷構筑充填墻體，鄰近工作面回采巷道15119 回風巷沿墻體邊緣進行掘巷，從而實現無煤柱開采。

圖1 15117 工作面采掘平面圖

3 巷旁充填沿空留墻技術與工藝

3.1 巷旁充填沿空留墻技術原理

15117 工作面進風巷掘進斷面為矩形斷面，掘進寬度5.2 m，掘進高度4.1 m，采用沿空留墻技術是需要對巷道進行擴幫，掘出需澆筑墻體的空間，并對墻體進行加強支護，保證墻體穩定，根據澆筑墻體的設計要求，墻體寬度1.5 m，高度5.5 m，設計擴幫寬度為2.5 m，澆筑墻體區域下方起底1.5 m，巷道擴幫及澆筑墻體初步設計見圖2 所示。

圖2 巷道擴幫及澆筑墻體初步設計

在15117 工作面回采前，在進風巷進行起底工作，起底位置距進風巷外幫側1.0 m，起底深度、寬度均為1.5 m，起底后澆筑混凝土墻體基礎，釘釘時間后繼續澆筑墻體并接頂，15117 工作面回采結束后，15119 回風巷沿墻體邊緣進行掘巷，圖3 給出了巷旁充填沿空留墻技術原理圖。

圖3 巷旁充填沿空留墻技術原理圖

3.2 巷旁充填沿空留墻技術

3.2.1 擴巷加強支護

15117 工作面進風巷擴幫寬度為2.5 m，采用錨桿+錨索進行加強支護，頂板錨桿規格為φ20 mm、L 2 200 mm，距原支護錨桿490 mm 處布置1 根，頂板錨索規格φ17.8 mm、L7 200 mm 的鋼絞線，與錨桿設計間距960 mm 布置2 根，頂板錨桿（索）排距設計800 mm，擴巷幫錨桿規格為φ18 mm、L2 400 mm，每排布置5 根，錨桿間排距設計800 mm×800 mm，巷幫錨索采規格φ17.8 mm、L 5 200 mm 的鋼絞線，距頂板2.0 m 處布置1 根錨索，排距設計為2 700 mm，與水平呈15°夾角。具體布置見圖3。

圖4 擴巷加強支護斷面圖

3.2.2 澆筑墻體支護

15117 工作面進風巷澆筑墻體前架設柔模框架，并在柔模空間內提前布置加強錨栓，柔模外壁提前布置橫縱鋼筋鋼帶，錨栓采用規格φ22 mm、L1 650 mm 的螺紋鋼制作，配套規格150 mm×150 mm×10 mm 的錨栓托盤，錨栓間排距設計800 mm×750 mm，鋼筋鋼帶采用φ16 mm 的圓鋼焊接而成，縱橫鋼筋鋼帶內側提前布置鋼筋網，網孔規格100 mm×100 mm，澆筑墻體寬度1.5 m，高度5.5 m，澆筑混凝土強度設計為C40，材料配比為水泥∶砂子：碎石∶水∶專用外加劑= 700∶800∶800∶220∶1（重量比），澆筑完后預緊錨栓，預緊力設計150 N·m。圖5 給出了澆筑墻體加強支護平面圖。

圖5 澆筑墻體加強支護平面圖

3.3 巷旁充填沿空留墻工藝

巷旁充填沿空留墻工藝主要包括5 個工藝流程，見圖6 所示。第一步，15117 工作面進風巷實體煤擴幫；第二步，巷道超前起底澆筑墻體基礎；第三步，架設柔模框架，提前布置加強錨栓、橫縱鋼筋鋼帶、鋼筋網，支設單體支柱；第四步，澆筑混凝土墻體；第五步，回撤單體支護，進行下一階段沿空留墻。

圖6 巷旁充填沿空留墻工藝流程圖

4 工程應用

提出的巷旁充填沿空留墻技術在寺家莊礦15117 工作面進風巷進行了工程應用，在距墻體800 mm 的位置采用單體支柱進行了加強支護。

圖7 給出了澆筑墻體前后的現場情況（15117工作面進風巷側），圖8 給出了沿空留墻效果圖（15119 工作面回風巷側），如圖所示，巷內澆筑的墻體維護良好，巷旁充填沿空留墻技術在15117 工作面進風巷成功應用后，提高煤炭回收率可達10 %，單個工作面可多回收25 萬t 煤炭，減少了巷幫支護工序，提高了巷道掘進效率（一班可達9.0 m），減少了采空區去遺煤，降低了采空區自燃的風險。

圖7 澆筑墻體前后

圖8 沿空留墻效果圖

5 結 論

為提高煤炭回收率、實現采空區遺煤自燃的有效防治，提出采用巷旁充填沿空留墻技術實現寺家莊礦工作面無煤柱開采，基于此，介紹了巷旁充填沿空留墻技術原理，開發了巷旁充填沿空留墻技術，主要包括擴巷加強支護和澆筑墻體支護，提出了巷旁充填沿空留墻工藝，技術在15117 工作面進風巷進行了工程應用，煤炭回收率提高10%，減少了巷幫支護工序，提高了巷道掘進效率，減少了采空區去遺煤，降低了采空區自燃的風險。