綜合機(jī)械化充填采煤留巷技術(shù)在平煤十二礦的應(yīng)用

王曉林

(中國平煤神馬集團(tuán) 安監(jiān)局，河南 平頂山 467000)

填工作面運(yùn)輸巷作為保留巷道，在回采過程中采用巷幫砌筑墻體的方法進(jìn)行留巷，回收切眼在回采完成后，運(yùn)用錨網(wǎng)、錨索，木垛、點(diǎn)柱支護(hù)的方式進(jìn)行留巷。保留下的巷道作為下一工作面的巷道使用，節(jié)省了巷道掘進(jìn)成本，同時(shí)也節(jié)省大量的時(shí)間，為緩解生產(chǎn)接替緊張局面，留出了寶貴的時(shí)間。留巷可以作為觀察巷道，對(duì)采空區(qū)充填體的充填質(zhì)量進(jìn)行長期觀測(cè)，作為充填效果檢驗(yàn)的事實(shí)依據(jù)。

運(yùn)輸巷留巷采用料石砌筑墻體的方法，伴隨充填回采工作的進(jìn)行而進(jìn)行。在砌料石墻前提前對(duì)運(yùn)輸巷上幫進(jìn)行擴(kuò)幫，將橋式轉(zhuǎn)載機(jī)更換為40T 轉(zhuǎn)載機(jī)，協(xié)調(diào)好充填工作面出煤、充填和砌墻三個(gè)工序的關(guān)系。回收切眼留巷采用回收空間現(xiàn)有的錨網(wǎng)、錨索，木垛、點(diǎn)柱支護(hù)的方式進(jìn)行留巷。在施工支架回收空間時(shí)就考慮到留巷因素，減少留巷成本并確保留巷頂板支護(hù)的完整性。采面推進(jìn)到距停采線12 米時(shí)工作面每割1 刀，打一排錨桿+M 鋼帶梁支護(hù)頂板，錨桿間、排距700 ×600mm，同時(shí)在支架頂梁上擺放一根順山原木原木規(guī)格Φ200mm×3000mm;工作面每割2 刀，打一排錨索加強(qiáng)頂板支護(hù)，錨索間、排距1500 ×1200mm，錨桿采用Φ22mm ×2200mm左旋無縱筋KMG(500)錨桿，錨索采用Φ22mm×7500mm 低松弛鋼絞線。距停采線10m 位置時(shí)停止后部充填，沿充填體打一排原木點(diǎn)柱，點(diǎn)柱間距0.7m。工作面切眼回收支架后在老塘側(cè)擺放3 個(gè)木垛，煤墻側(cè)打2 根點(diǎn)柱，一根點(diǎn)柱緊貼煤墻，兩點(diǎn)柱之間留有3.6m 寬巷道。

1 十二礦和該采面基本情況

平煤股份十二礦位于平頂山礦區(qū)東部，建于1958年，1960年投產(chǎn)，設(shè)計(jì)能力30 萬噸/年。投產(chǎn)后曾四次擴(kuò)大井田范圍，進(jìn)行兩次大的技術(shù)改造，目前設(shè)計(jì)能力為150 萬噸/年。該已15－13080 工作面位于己三采區(qū)東部，南鄰－270 大巷，北邊與己15－13040 采面相鄰，東邊為130 皮帶下山，西邊與己15－17－16023 采面相鄰。工作面走向長605m;傾斜長97.1m;回采面積58685m2;煤層傾角0°—4°，平均煤厚2.92m。

2 沿空留巷技術(shù)選擇

本區(qū)開采范圍為保護(hù)煤柱，其上建筑物較多，多為磚混結(jié)構(gòu)的廠房和宿舍，還包括一些礦用運(yùn)輸路線和公路線，若不采取措施來減小地表移動(dòng)和變形值，而全部采用巷道頂板全部自由垮落，將會(huì)造成較大程度的采動(dòng)破壞。

本區(qū)開采的保護(hù)煤柱所使用生產(chǎn)系統(tǒng)本著節(jié)約、高效的原則，盡量減小掘進(jìn)工程量，加快采面接替，緩解十二礦生產(chǎn)接替緊張局勢(shì)，控制地表下沉。

沿空留巷就是對(duì)回采巷道進(jìn)行保留，并作為準(zhǔn)備采面?zhèn)溆孟锏朗褂玫姆椒?，這種方法的優(yōu)點(diǎn)就是減小巷道掘進(jìn)量、節(jié)約掘進(jìn)費(fèi)用，提高煤炭回收率。

作為保護(hù)煤柱采用的留巷方法，在緩解接替緊張局面，提高綜合經(jīng)濟(jì)效益，增加煤炭回收率的同時(shí)。所留巷道可以作為充填工作面回采結(jié)束后的觀察巷道，長期觀察研究，對(duì)充填效果檢驗(yàn)，提供事實(shí)依據(jù)。

3 運(yùn)輸巷沿空留巷設(shè)計(jì)研究

該處巷道承擔(dān)著出煤、回風(fēng)兩項(xiàng)工作，考慮到推進(jìn)和充填和轉(zhuǎn)載機(jī)位置等綜合因素影響，決定采取砌料石墻體加點(diǎn)柱的方法留巷。

3.1 己15－13080 里、外進(jìn)風(fēng)巷相交處的改造:對(duì)該處面向切眼方向的右?guī)? 架棚子(長度6m)的斷面進(jìn)行刷大(見A處放大圖)。擴(kuò)修后凈斷面為5.8m，凈高3.2m。施工單位根據(jù)擴(kuò)修后的巷道尺寸規(guī)格，現(xiàn)場(chǎng)量出所需加長的29U 鋼短節(jié)。梁與短節(jié)搭接位置安裝三個(gè)卡纜，棚距600mm。每架棚子在安裝短節(jié)后，在每架棚子短節(jié)處按700mm 的間距，補(bǔ)打錨桿配合卡纜進(jìn)行加固，另在每架棚兩腮處也要打錨桿進(jìn)行加固，錨桿采用直徑20mm，長度2000mm 等強(qiáng)錨桿。詳見1－1 斷面。同時(shí)在擴(kuò)修地點(diǎn)10m 范圍內(nèi)補(bǔ)打錨索，錨索采用直徑22mm，長度7500mm，每排按1.5m 的間距布置3 根。對(duì)原己15—13080 回風(fēng)巷與己15－13080 里回風(fēng)巷交叉點(diǎn)，澆筑C30 鋼筋混土，長度8m(見交岔點(diǎn)平面圖)，砼體上方與頂板結(jié)合嚴(yán)密，砼體基礎(chǔ)深度不小于巷道底板350mm，并見實(shí)底，詳見交岔點(diǎn)平、斷面圖?？v筋、橫筋均采用直徑18mm 螺紋鋼，縱筋間排距300mm，橫筋間距500mm，鋼筋保護(hù)層厚度50mm，鋼筋布置詳見配筋圖。

3.2 加強(qiáng)己15－13080 里回風(fēng)巷與己15－13120 回風(fēng)聯(lián)巷相交區(qū)域的支護(hù)強(qiáng)度，①、對(duì)29U 型鋼棚子支護(hù)段采用直徑22m 長7.5m 錨索進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，五花布置，間距1.4m;其它區(qū)域補(bǔ)打直徑22m 長7.5m 錨索，間排距1.4m ×1.4m。②對(duì)回風(fēng)巷上幫進(jìn)行擴(kuò)幫，留出鋪設(shè)轉(zhuǎn)載機(jī)和砌墻的空間，擴(kuò)幫處采用錨網(wǎng)索梁支護(hù):頂板采用直徑22mm 長度2200mm 左旋無縱筋KMG500 錨桿，幫采用直徑20mm 長度2000mm 等強(qiáng)錨桿，排距700mm，，錨索采用直徑22mm，長度7500mm，間排距1.4m×1.4m，采用鋼笆網(wǎng)，M 鋼帶。③沿交叉點(diǎn)開始料石墻，砌墻后兩側(cè)打原木點(diǎn)柱支護(hù)，柱距同錨桿排距，要求砌墻上下見實(shí)底，寬度不小于1m，超前機(jī)頭5m－10m。④將橋式轉(zhuǎn)載機(jī)更換為40T 轉(zhuǎn)載機(jī)，便于轉(zhuǎn)載機(jī)與運(yùn)輸機(jī)搭接。

4 切眼留巷技術(shù)研究

4.1 切眼留巷技術(shù)選擇

切眼作為綜采設(shè)備回收的大通道，其在使用過程中的頂板支護(hù)的完整性，是最為重要的。充填開采液壓支架其功能特點(diǎn)，決定了其體積龐大，回收所需準(zhǔn)備空間較大，這樣就給回收準(zhǔn)備工作提出了較高的要求。同時(shí)，己15－13080 回收切眼作為下一充填回采工作面己15－13180 回風(fēng)使用，要求保證較長時(shí)期內(nèi)，切眼支護(hù)良好。

如若再使用傳統(tǒng)的切眼支護(hù)形式進(jìn)行綜采設(shè)備的回收準(zhǔn)備工作，勢(shì)必不能達(dá)到安全性方面和煤柱面回采整體設(shè)計(jì)需要，固需采用較為牢靠的留巷方式。

4.2 充填設(shè)備回收對(duì)切眼留巷要求的研究

充填設(shè)備的特點(diǎn)和回收方式?jīng)Q定了切眼留巷的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，所以對(duì)充填設(shè)備及其回收進(jìn)行系統(tǒng)了解和研究是非常有必要的。

4.2.1 自夯式充填開采液壓支架性能要求。自夯式充填開采液壓支架是綜合機(jī)械化充填開采工作面主要裝備之一，其目的是為實(shí)現(xiàn)充填開采所需要正常工作和維護(hù)的空間。

4.2.2 自夯式充填液壓支架后部必須提供可供充填機(jī)構(gòu)工作所需的空間。設(shè)計(jì)的充填料充填液壓支架后部要安裝充填開采輸送機(jī)，為保證充填開采輸送機(jī)能夠正常工作和檢修，充填液壓支架后部必須提供可供充填開采輸送機(jī)與夯實(shí)機(jī)構(gòu)正常工作時(shí)所需要的空間，而且充填開采輸送機(jī)懸掛高度盡可能增大。

4.2.3 自夯式充填開采液壓支架尾梁必須有足夠的強(qiáng)度。由于自夯式充填液壓支架比普通液壓支架增加了尾梁結(jié)構(gòu)，支架的控頂范圍增大，頂板對(duì)支架特別是對(duì)支架尾梁的壓力比較大，尾梁下還需要懸掛充填開采輸送機(jī)，因此尾梁必須有足夠的強(qiáng)度，以滿足工作要求。

4.2.4 需要安設(shè)可調(diào)整充填開采輸運(yùn)機(jī)高度的設(shè)備。按照設(shè)計(jì)，自夯式充填液壓支架的尾梁要與充填開采輸送機(jī)用單掛鏈聯(lián)接，為了方便管理和檢修，充填料充填液壓支架的尾梁要安裝有可調(diào)整高度的千斤頂，便于調(diào)整支架尾梁高度。

4.3 自夯式充填開采液壓支架結(jié)構(gòu)原理

由于充填開采工作面充填開采液壓支架后部需安設(shè)充填開采輸送機(jī)、夯實(shí)機(jī)等充填設(shè)備，支架后部出現(xiàn)故障時(shí)，需要人工到后部處理故障，所以支架必須留有一定空間，方便人員到后部處理故障。因此，選用四柱支撐掩護(hù)式支架。支架控頂范圍在7.0m 以上，支護(hù)高度為2.0～5.0m，采用四連桿機(jī)構(gòu)。

4.4 充填支架主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

4.4.1 支架采用鉸接前梁－前頂梁－后頂梁、Y 型正四連桿六柱支撐式，采用Y 型上連桿，上部兩處與前頂梁鉸接，提高了支架的抗扭能力，在Y 型上連桿中間留有觀察口，以便于觀察后部的充填程度。

4.4.2 支架前頂梁前端鉸接有前梁，在前梁千斤頂作用下，前梁可以上下擺動(dòng)，能更好的適應(yīng)不平整頂板條件。運(yùn)輸時(shí)可將前梁千斤頂摘下，減小運(yùn)輸尺寸。

4.4.3 護(hù)幫鉸接在前梁前端，采煤機(jī)過后護(hù)幫板可展開，來維護(hù)煤壁，有利于對(duì)煤壁片幫的控制，該防片幫梁采用四連桿型式，挑起力矩大。

4.4.4 前頂梁采用單側(cè)活動(dòng)側(cè)護(hù)板，另一側(cè)焊死。

4.4.5 推移機(jī)構(gòu)采用鉸接式推桿倒裝推移千斤頂機(jī)構(gòu)。推移千斤頂缸徑Φ160mm，桿徑Φ105mm，行程700mm。

4.4.6 后頂梁采用兩根Φ200mm 的立柱支撐，以提高支架后頂梁的支護(hù)能力。

4.4.7 后頂梁寬度1350mm，后頂端帶斜角，末端1250mm 寬。后頂梁前端單側(cè)帶有側(cè)護(hù)板，可有效防止矸石落入工作空間。

4.4.8 后頂梁內(nèi)設(shè)計(jì)有拉移充填輸送機(jī)的機(jī)構(gòu)。

4.4.9 后頂梁下部設(shè)置有滑道，長度為700mm，能使充填輸送機(jī)在后刮板伸縮千斤頂?shù)淖饔孟略谥Ъ芎箜斄合虏炕瑒?dòng)。

4.4.10 上部壓實(shí)機(jī)構(gòu)采用與底座鉸接的方式。壓實(shí)頭仿照鏟斗機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì);推板橫寬約1300mm，高度約480mm，角度105°。壓實(shí)機(jī)構(gòu)可拆卸。

4.4.11 下部壓實(shí)機(jī)構(gòu)采用兩個(gè)獨(dú)立的內(nèi)伸縮式箱體結(jié)構(gòu)，每個(gè)寬約482mm，高度為800mm。下壓實(shí)千斤頂采用兩根(160mm 的千斤頂，行程為450mm。

4.4.12 大于100kg 的零部件均設(shè)置起吊孔、起吊環(huán)。后頂梁兩側(cè)不少于4 個(gè)起吊環(huán)。

4.4.13 支架前、后均設(shè)置噴霧裝置。

4.5 工作面頂板控制

工作面采用矸石充填控制采空區(qū)頂板下沉，工作面支護(hù)采用66 組ZZC8800—20/38 型支撐式充填液壓支架，工作面最大控頂距8.91m，最小控頂距8.36m，移架步距0.55m。

4.5.1 支護(hù)要求如下:本工作面為充填開采工作面，工作面在完成1 刀采煤工作后進(jìn)行充填，將支架移直后，調(diào)整好后頂梁及支架后部充填輸送機(jī)，依次開動(dòng)工作面充填輸送機(jī)、膠帶轉(zhuǎn)載機(jī)、運(yùn)矸膠帶輸送機(jī)等設(shè)備，利用充填輸送機(jī)放矸孔將充填料卸到采空區(qū)，再用支架夯實(shí)機(jī)構(gòu)對(duì)充填料進(jìn)行夯實(shí)充填，確保頂板來壓時(shí)減少頂板下沉量。

4.5.2 上下端頭分別使用4 對(duì)8 根3.6mπ 型梁支護(hù)上、下端頂板，上、下端各2 對(duì)，沿走向布置，抬棚梁一梁三柱，交替邁步前移，邁步步距1.2m(過機(jī)頭、機(jī)尾時(shí)可出現(xiàn)一梁兩柱，過后及時(shí)補(bǔ)齊)，嚴(yán)禁出現(xiàn)丁字棚、十字棚、對(duì)口棚子等。

4.5.3 進(jìn)風(fēng)巷動(dòng)壓區(qū)支護(hù)里段錨網(wǎng)支護(hù)段架設(shè)兩排走向點(diǎn)柱，外段U 型鋼拱形棚子段兩排為架設(shè)兩排走向抬棚套順山圓木(在原U 型棚子間套圓木，用單體柱做腿)，雙抬棚使用金屬鉸接頂梁，鉸接梁要求一梁一柱，圓木規(guī)格Φ200 ×(4200～4400)mm，回風(fēng)巷動(dòng)壓區(qū)支護(hù)為架設(shè)兩排走向點(diǎn)柱。進(jìn)回風(fēng)巷所用柱子為DZ3500 單體液壓柱，支柱順巷道排成直線，迎山有力打在硬底上，工作面支護(hù)如圖。

已15－13080 工作面支護(hù)示意圖

4.6 己15—13080 工作面回收切眼留巷目的

根據(jù)十二礦充填開采工作面接替安排，上邊還有2 個(gè)充填工作面，既己15—13180 工作面和己15－13160 工作面，而這兩個(gè)工作面掘進(jìn)時(shí)回風(fēng)必須走原己15－13080 工作面回風(fēng)巷，如果己15－13080 工作面回收切眼不予保留，則必須在回收切眼外重新掘一條100m 的回風(fēng)巷以滿足2 個(gè)備用面掘進(jìn)時(shí)的回風(fēng)需要，根據(jù)這種狀況，十二礦考慮將己15－13080 工作面回收切眼保留下來做回風(fēng)巷道。

5 結(jié)語

綜合機(jī)械化充填開采沿空留巷技術(shù)的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)采區(qū)殘留保護(hù)煤柱機(jī)械化和規(guī)?；焖匍_采，促使充填開采效率和效果的顯著提高。該項(xiàng)目成功實(shí)施，減少了充填開采巷道掘進(jìn)工程量，提高了資源回收率，留巷成功也從另一個(gè)方面驗(yàn)證了充填開采對(duì)頂板控制是成功的，對(duì)集團(tuán)公司充填開采技術(shù)起到補(bǔ)充和完善的作用，進(jìn)一步推動(dòng)礦井和集團(tuán)公司充填開采技術(shù)發(fā)展，推廣前景非常廣闊。項(xiàng)目成功實(shí)施，減少了充填開采巷道掘進(jìn)工程量，提高了資源回收率，經(jīng)濟(jì)效益非?？捎^。隨著該項(xiàng)目在十二礦和集團(tuán)公司的推廣應(yīng)用，更多的“三下”壓煤將被開采出來，延長了礦井服務(wù)年限，經(jīng)濟(jì)效益更加顯著。