依靠科技進(jìn)步 實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn) 引領(lǐng)企業(yè)發(fā)展
——井下3#煤3216綜采工作面沿空留巷施工工藝應(yīng)用探討

王 鵬

(山西新景礦煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 陽(yáng)泉 045000)

1 工作面概況

3216工作面位于3#煤采區(qū)，地面標(biāo)高范圍875～990m，3216工作面標(biāo)高460～500m，深度范圍375～530m。位于簸箕掌村下部、太舊高速公路以北的山坡山梁溝谷地段。

3216工作面采長(zhǎng)216米，可采長(zhǎng)度1373米，進(jìn)風(fēng)巷斷面為4.4m*2.6m。煤層傾角2°-10°，均值6°，煤層儲(chǔ)存穩(wěn)定。

2 沿空留巷支護(hù)情況

2.1 基本支護(hù)(原巷道支護(hù))

3216工作面為矩形斷面，凈寬4000mm，凈高2600mm，掘進(jìn)方向沿煤層頂?shù)装?。輔助進(jìn)風(fēng)巷基本支護(hù)參數(shù)如下：

(1)頂板支護(hù)

金屬網(wǎng)：采用8#鐵絲編織的菱形金屬網(wǎng)護(hù)頂。

鋼筋梁：采用Φ16mm圓鋼焊接而成的鋼筋梁，寬度80mm，長(zhǎng)度4000mm，與錨桿(索)組合支護(hù)，形成“二.四”，“三.五”支護(hù)形式。

錨索形式和規(guī)格：錨索材料為Φ17.8mm，17股高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，錨索長(zhǎng)度7200mm，間排距780850mm，沿巷道中心對(duì)稱布置，全部垂直巷道頂板打設(shè)。

(2)幫部支護(hù)

金屬網(wǎng)：菱形金屬網(wǎng)護(hù)頂(8#鐵絲)。

2.2 永久加強(qiáng)支護(hù)情況(補(bǔ)強(qiáng)支護(hù))

(1)中間項(xiàng)頂采用“錨索+槽鋼托梁”進(jìn)行強(qiáng)化支護(hù)。兩幫590mm處采用雙排錨索進(jìn)行支護(hù)。錨索選用型號(hào)：Φ21.6×7200mm，間距間距1800mm，托梁采用14#槽鋼，L=2200mm。

(2)煤幫采用Φ17.8×5200mm的錨索+14#槽鋼托梁(L=2200mm)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，錨索間距為1800mm，共布置了2排補(bǔ)強(qiáng)錨索。

(3)施工區(qū)：混凝土墻體上方頂板進(jìn)行錨索+槽鋼托梁支護(hù)，錨索規(guī)格為：Φ21.6×7200mm，錨索的間排距為1800×850mm，8#金屬網(wǎng)護(hù)頂。

2.3 沿空留巷特殊支架支擋情況

柔模巷旁支護(hù)施工前，進(jìn)行支架支檔，予以控制頂板區(qū)域。3216工作面墻體澆筑區(qū)域采用沈陽(yáng)天安公司設(shè)計(jì)的采空區(qū)擋矸支架進(jìn)行支擋，先期鋪設(shè)1m*10m金屬網(wǎng)(10#鐵絲編織)，與巷內(nèi)原金屬網(wǎng)搭接長(zhǎng)度不小于100mm，架后補(bǔ)打加強(qiáng)錨索。該支架的主要作用是：

(1)有效的把采空區(qū)和留巷分為兩個(gè)區(qū)域，為澆筑墻體創(chuàng)造安全施工環(huán)境。

(2)回采后進(jìn)行留巷頂板支護(hù)，避免頂板發(fā)生下沉或垮落現(xiàn)象，適時(shí)切頂，減少懸頂，緩解留巷壓力。

(3)有助于為低齡期巷提供良好的支撐和掩護(hù)，避免因過(guò)早受力引發(fā)墻體損壞，造成強(qiáng)度降低。

(4)為掛設(shè)柔性模板提供一個(gè)邊界。

2.4 巷旁支護(hù)作用及參數(shù)

(1)巷旁支護(hù)作用

巷道支護(hù)的根本在于切斷巷道以外的采空區(qū)頂板，隔離采空區(qū)或減輕巷內(nèi)支架受力等。巷旁支護(hù)的作用主要有以下幾點(diǎn)：

①承載垮落帶邊沿的頂板負(fù)載，緩解支護(hù)壓力；

②直接頂堅(jiān)硬或頂板存有周期性壓力時(shí)，巷旁支護(hù)能有效切斷頂板，防止頂板發(fā)生斷裂，并且能承受直接頂和老頂產(chǎn)生的動(dòng)載荷。

③隔離或密閉采空區(qū)，防止漏風(fēng)。

(2)巷旁支護(hù)參數(shù)

3216工作面沿空留巷設(shè)計(jì)參數(shù)如下：

①沿空留巷寬度為4500mm，巷旁支護(hù)寬度為1200mm；

②混凝土強(qiáng)度等級(jí)選擇C30，墻體內(nèi)預(yù)設(shè)錨栓，預(yù)防墻體橫向變形。選擇高強(qiáng)度螺紋鋼錨栓：Φ20×1300mm，兩頭長(zhǎng)度均為100mm，托板選型：150×150×16mm；錨栓的間排距為900×750mm。

2.5 臨時(shí)支護(hù)情況

(1)臨時(shí)支護(hù)作用

臨時(shí)支護(hù)與沿空留巷支護(hù)效果成正比關(guān)系，臨時(shí)支護(hù)效果欠佳可能會(huì)造成不良后果，主要有以下幾點(diǎn)：

①留巷頂板過(guò)早下沉，導(dǎo)致巷旁支護(hù)效果較差；

②頂板離層早于巷旁支護(hù)，頂板承載力、完整度受損，降低了沿空留巷圍巖穩(wěn)定性；在工作面來(lái)壓期間，錨網(wǎng)(索)支護(hù)或柔?；炷翂w承擔(dān)較大壓力，超過(guò)了設(shè)計(jì)值，從而造成頂板錨索破斷或柔?；炷翂w破壞。因此，必須及時(shí)對(duì)沿空留巷進(jìn)行可靠的臨時(shí)加強(qiáng)支護(hù)。

(2)臨時(shí)支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)

依照工作面的地質(zhì)構(gòu)造及采掘情況，采用超前工作面20m予以臨時(shí)支護(hù)，支護(hù)方式一梁五柱，柱距1000mm；滯后工作面200m區(qū)域采用臨時(shí)支護(hù)，支護(hù)方式一梁三柱，棚距1000mm。單體支柱選型：DW28～DW35，π型鋼梁的長(zhǎng)度為4000mm。

3 沿空留巷施工情況

3.1 施工工藝

3216工作面柔模泵注混凝土沿空留巷施工主要包括地面干混料的制備與運(yùn)輸下井、待澆筑空間頂板補(bǔ)強(qiáng)與采空區(qū)擋矸、掛設(shè)柔性模板和澆筑混凝土等關(guān)鍵施工環(huán)節(jié)。

3.2 掛設(shè)柔模施工工序

平底、掛模、支單體柱、穿錨栓時(shí)間共計(jì)耗時(shí)40分鐘左右。

(1)柔模掛設(shè)前，需要清理浮煤、浮矸，保障混凝土墻體坐落在實(shí)底上。

(2)把架立筋和錨栓依次穿入翼緣、預(yù)留孔。緊固托板、螺母，把架立筋和柔模翼緣捆綁結(jié)實(shí)(10#鐵絲)，扣距控制在300mm。

(3)掛設(shè)柔模次序，首先，臨近采空區(qū)區(qū)域；其次，巷內(nèi)區(qū)域。架立筋固定在頂板錨桿上(8#鐵絲)，連接相鄰的柔模邊緣(12#鐵絲)。

(4)采空區(qū)側(cè)柔模固定完成以后，采用單體支柱固定巷內(nèi)側(cè)柔模。

(5)上述工作完成以后，進(jìn)行灌注口固定。灌注口由3層纖維布縫制而成，內(nèi)層置于柔模內(nèi)，達(dá)到自封閉作用，避免拔管時(shí)混凝土回流，外面兩層與混凝土輸送管連接，采用12#鐵絲綁扎3道。

4 沿空留巷技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果分析

(1)沿空留巷的技術(shù)效果

①沿空留巷施工工藝可使回采工作面少掘1條順槽，回采巷道掘進(jìn)率降低30%以上，有效緩解礦井采掘銜接矛盾。

②沿空留巷施工工藝可回收18m煤柱，提高采出率10%以上，延長(zhǎng)了礦井服務(wù)年限。

③沿空留巷施工工藝可使回采工作面實(shí)現(xiàn)Y型通風(fēng)，消除回風(fēng)隅角瓦斯積聚，保證了礦井安全高效生產(chǎn)。

(2)沿空留巷的經(jīng)濟(jì)效益

以3216工作面沿空留巷1373m計(jì)算，煤層平均厚度2.7m，密度1.4t/m3，煤柱18m，可多回收煤炭資源9.5萬(wàn)噸，以200元/噸計(jì)算，可產(chǎn)生效益1900萬(wàn)元。

新景公司掘進(jìn)順槽的綜合費(fèi)用(包括掘進(jìn)、支護(hù)、瓦斯治理等)為8000元/米，采用沿空留巷以后可以節(jié)省掘進(jìn)費(fèi)用1098.4萬(wàn)元。

小結(jié)，忽略回風(fēng)隅角瓦斯積聚產(chǎn)生的效益，3216工作面沿空留巷回收煤柱和少掘巷可以創(chuàng)造利稅2998.4萬(wàn)元，減去沿空留巷工程費(fèi)用698.88萬(wàn)元(5090.16元/米×1373米=698.88萬(wàn)元)，最后可創(chuàng)造利稅2299.52萬(wàn)元。