充填開采工作面沿空留巷技術(shù)探討

摘 要：五溝煤礦生產(chǎn)任務(wù)重，接替緊張，掘進(jìn)單進(jìn)水平低，為保證工作面正常接替，五溝煤礦對充填開采首采工作面機(jī)巷進(jìn)行了沿空留巷，先后采用了“壘砌矸石墻+半斷面”沿空留巷支護(hù)方法、“壘砌矸石墻+錨栓”沿空留巷支護(hù)方法、“π型鋼梁+單體支柱”沿空留巷加強(qiáng)支護(hù)方法，通過不斷改進(jìn)，確定了最適合五溝煤礦的沿空留巷支護(hù)方法即“π型鋼梁+單體支柱”沿空留巷加強(qiáng)支護(hù)方法。

關(guān)鍵詞：沿空留巷 單體液壓支柱 加強(qiáng)支護(hù)

中圖分類號：TD353 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）06（c）-0036-02

皖北煤電集團(tuán)五溝礦目前主采煤層10煤，平均傾角8°，為優(yōu)質(zhì)焦煤。礦井初步設(shè)計(jì)留設(shè)了60～91m的防水煤巖柱，壓煤3664.4萬噸，資源損失嚴(yán)重。如何在保證安全的基礎(chǔ)上使煤炭資源開采量最大化，對于實(shí)現(xiàn)五溝煤礦經(jīng)濟(jì)高效可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。為此，皖北煤電集團(tuán)公司在2009年8月與中國礦業(yè)大學(xué)合作開展《五溝煤礦含水層下矸石充填開采可行性論證》，利用該方法解決五溝煤礦水體下安全采煤問題，解放了大量的含水層下呆滯的煤炭資源，可將開采上限提高至-255 m，使五溝煤礦解放煤炭儲量3155萬噸，延長了礦井服務(wù)年限；其次矸石充填能夠大幅度減輕地表塌陷，保護(hù)地面建筑和農(nóng)田，實(shí)現(xiàn)礦區(qū)資源開發(fā)和生態(tài)環(huán)境的和諧發(fā)展。在充填開采基礎(chǔ)上五溝煤礦采用沿空留巷技術(shù)，將第一個(gè)充填面的機(jī)巷留作第二個(gè)充填面的風(fēng)巷，留巷可以節(jié)省巷道施工費(fèi)用，縮短準(zhǔn)備工期，為以后的沿空留巷施工進(jìn)行了技術(shù)儲備，為沿空留巷支護(hù)設(shè)計(jì)提供了技術(shù)數(shù)據(jù)。

1 原機(jī)巷基本情況

充填開采工作面機(jī)巷設(shè)計(jì)斷面為近矩形：正常段凈寬×凈高=4.6 m×2.8 m。

充填開采工作面機(jī)巷（面向切眼方向）左幫采用左旋無縱筋高強(qiáng)螺紋鋼錨桿配合M60鋼帶、金屬菱形網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，右?guī)筒捎米笮裏o縱筋高強(qiáng)螺紋鋼錨桿配合“W”型鋼帶、金屬菱形網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，間排距均為700×800 mm，錨固力不小于60 kN，采用1卷K2350型快速樹脂錨固劑錨固。

長M60鋼帶為：凈長×凈寬=1900×60 mm；短M60鋼帶為：凈長×凈寬=1000×60 mm。

長W型鋼帶為凈長×凈寬=1900×180 mm；短W型鋼帶為：凈長×凈寬=1000×180 mm，厚度均為3 mm。

錨索規(guī)格為Φ15.24×7300 mm，錨索托盤規(guī)格：長×寬×厚=250×250×16 mm，錨索間排距為1500×2400 mm，錨固劑型號為：K2350，Z2350每孔各2卷樹脂錨固劑，快速錨固劑裝入里端；錨索每排2根，矩形沿巷中對稱布置。

2 沿空留巷采用的方法

2.1 “壘砌矸石墻+半斷面”沿空留巷支護(hù)方法

（1）頂板加強(qiáng)支護(hù)。

頂板加強(qiáng)支護(hù)采用壘砌矸石墻加半斷面加強(qiáng)支護(hù)的支護(hù)方式。壘砌矸石墻寬度3000 mm，半斷面加強(qiáng)支護(hù)采用11#礦用工字鋼與錨索聯(lián)合支護(hù)的方式，頂梁兩根懸吊錨索。11#礦用工字鋼梁長度為1200 mm，垂直于巷道走向緊靠巷道頂板布置，排距400 mm。工字鋼上布置兩根錨索，錨索規(guī)格為Φ×L=15.24×7300 mm，錨索間距為700 mm，工字鋼外端頭距錨索200 mm，接榫端距錨索300 mm。工字鋼通過與采空區(qū)加強(qiáng)支護(hù)工字鋼接榫和頂板錨索聯(lián)合固定。頂梁相鄰兩個(gè)工字鋼梁用一套拉桿連接，拉桿采用8#槽鋼加工而成，11#礦用工字鋼棚腿長度為3240 mm。

（2）采空區(qū)側(cè)巷幫加強(qiáng)支護(hù)。

采用11#礦用工字鋼架單腿棚的支護(hù)方式。11#礦用工字鋼棚腿沿巷幫與底板成80°角布置，對應(yīng)于頂板加強(qiáng)支護(hù)的半斷面工字鋼梁，排距400 mm，上端頭與工字鋼梁接榫，下端頭插入底板300 mm。工字鋼下部距底板向上300 mm的位置布置卡纜，工字鋼外側(cè)鋪設(shè)搪柴棍和鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)直徑Φ6 mm，每片鋼筋網(wǎng)的規(guī)格為B×L=1000×1700 mm，鋼筋網(wǎng)網(wǎng)格尺寸為100×100 mm，鋼筋網(wǎng)采用雙股12#鐵絲固定在棚腿上，相鄰兩片鋼筋網(wǎng)的搭接長度為200 mm，采用雙股12#鐵絲固定。每相鄰的兩個(gè)工字鋼棚腿使用兩套拉桿連接固定，拉桿采用8#槽鋼加工而成。

（3）采用此種方法沿空留巷，當(dāng)工作面推進(jìn)到70 m后，后方架棚支護(hù)棚腿彎曲、錯(cuò)茬、鉆底情況嚴(yán)重，失去架棚作用，為保證安全我礦放棄了此種支護(hù)方法。

2.2 “壘砌矸石墻+錨栓”沿空留巷支護(hù)方案

2.2.1 巷旁壘砌矸石墻支護(hù)方式

巷旁壘砌矸石墻寬度為3000 mm，高度接頂接底，并使用規(guī)格為Φ×L=20×3300 mm全螺紋式錨桿配合鋼筋網(wǎng)、KTM3“W”型鋼帶和梯子梁進(jìn)行固定。錨桿間排距為600×800 mm，頂錨桿距離頂板為500 mm，底錨桿距離底板為500 mm，每排4根錨桿，兩頭均使用托盤與相配套的螺栓進(jìn)行固定。矸石墻外側(cè)鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)片搭接長度不小于100 mm，連網(wǎng)絲由12#鐵絲雙股雙排扣扎結(jié)。“W”型鋼帶與梯子梁采用“十字”交叉布置的方式，垂直于巷道頂?shù)装宀贾玫臑殚L度2400 mm的“W”型鋼帶，寬度183 mm，厚度3 mm，安裝于鋼筋網(wǎng)的外側(cè)和矸石墻內(nèi)側(cè)；沿巷道走向布置的為梯子梁，用Φ12的鋼筋制作，寬度70 mm，長度900 mm，兩端各分布1個(gè)錨桿固定孔，錨桿固定孔間距800 mm，安裝于“W”型鋼帶的外側(cè)。

2.2.2 巷道頂板加強(qiáng)支護(hù)方式

頂板采用規(guī)格為Φ×L=15.24×7300 mm的錨索加槽鋼進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。在原機(jī)巷沿巷道走向布置一列錨索，錨索距離矸石墻側(cè)幫300 mm，間距1600 mm。每兩根錨索之間穿一根10#槽鋼，長度2000 mm。在壘砌矸石墻頂板上方，以矸石墻墻體中線對稱布置2根錨索，錨索間排距為1500×1600 mm。

2.2.3 采用此種方法，當(dāng)工作面推進(jìn)101 m時(shí)，沿空留巷內(nèi)錨桿、錨索托盤脫落，頂板出現(xiàn)冒頂現(xiàn)象，此種支護(hù)方法失敗。

2.3 “π型鋼梁+單體支柱”加強(qiáng)支護(hù)方法

2.3.1 具體方法

采用的單體支柱型號為DW35-180/100X，設(shè)計(jì)每根π型鋼梁由三根單體支柱支撐，其中皮帶機(jī)道兩側(cè)的單體支柱之間的距離為1900 mm，軌道兩側(cè)的單體支柱之間的距離為1750 mm?？拷鼘?shí)體煤幫側(cè)的單體支柱距實(shí)體煤幫距離為500 mm，靠近壘砌矸石墻側(cè)的單體支柱距離矸石墻的距離也為500 mm。

π型鋼梁沿巷道的傾向布置，采用的π型鋼梁長度為4.0 m，排距為800 mm，π型鋼梁兩端距實(shí)體煤幫和壘砌矸石墻的距離分別為300 mm，π型鋼梁采用單體液壓支柱支撐。

2.4 優(yōu)點(diǎn)

這種布置方式更能適應(yīng)工作面礦壓變化的需要，對頂板變形移動(dòng)的控制效果明顯，目前我礦采用此種支護(hù)方法已成功留巷300 m，效果明顯，不影響下一個(gè)工作面使用。（如圖1）

3 結(jié)論

采用“π型鋼梁+單體支柱”加強(qiáng)支護(hù)方法能最大限度的消除壓、漏、推頂隱患，防止發(fā)生各種類型的冒頂事故；能保持頂板完整性，減少頂板下沉量，且單體液壓支柱能夠回收利用，所需費(fèi)用最少。

參考文獻(xiàn)

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