1204下工作面高水充填沿空留巷技術(shù)實(shí)踐

楊巨忠

（汾西礦業(yè)中興煤礦，山西 交城 030500）

隨著采煤工作面推進(jìn)速度的不斷增加，對(duì)回采巷道成巷速度有更高要求，傳統(tǒng)的雙巷掘進(jìn)方式難以適應(yīng)高強(qiáng)度開采需要，同時(shí)留設(shè)的護(hù)巷煤柱造成大量寶貴煤炭資源浪費(fèi)[1-2]。沿空留巷成巷速度快，極大地緩解了采掘接替緊張局面，在煤炭開采中應(yīng)用逐漸廣泛[3]。中興礦1204下工作面位于2號(hào)煤層采空區(qū)下，采面與上覆采空區(qū)間距在4m以內(nèi)，由于2號(hào)煤層開采，造成1204下采面頂板破碎，若1204下采面采用傳統(tǒng)雙巷掘進(jìn)方式，則存在巷道圍巖控制困難、掘進(jìn)速度低下問題，因此，中興礦在1204下工作面材料巷采用高水充填材料沿空留巷技術(shù)，取得顯著應(yīng)用成果。

1 概況

1204下工作面埋藏深度在620m，采面開采2下煤層，煤層平均厚度2.0m，含有1～2夾矸，平均傾角11°，2下煤層與上覆2煤間距約3.6m。采面上覆有厚度1.3m頁巖偽頂，呈現(xiàn)灰黑色，遇水容易膨脹；其上為厚度0.8m的砂質(zhì)頁巖、厚度0.9m的砂巖；直接底為厚度0.3m砂質(zhì)泥巖、厚度1.4m的砂質(zhì)頁巖。

1204下工作面北側(cè)為1202下采面采空區(qū)，南側(cè)為規(guī)劃的1206下采面（實(shí)體煤），東側(cè)為一采區(qū)皮帶巷，西側(cè)為井田邊界，見圖1。將1204下材料巷保留下來為臨近的1206下采面生產(chǎn)服務(wù)，可以減少巷道掘進(jìn)工程量，提高開采效率。

2 1204下工作面材料巷巷道支護(hù)

1204下工作面材料巷位于2號(hào)煤層采空區(qū)下，2號(hào)煤層回采工作面開采時(shí)造成1204下工作面頂板破碎，呈現(xiàn)塊狀，在采面開采礦壓影響下，巷道容易出現(xiàn)冒頂。采用U型鋼棚對(duì)頂板巖層進(jìn)行支護(hù)，并結(jié)合錨桿+短預(yù)應(yīng)力錨索，提升圍巖穩(wěn)定性，支護(hù)設(shè)計(jì)見圖1。

3 高水速凝材料巷旁充填工藝

沿空留巷是將上區(qū)段回采巷道保留下來以供下區(qū)段采面開采使用，從而實(shí)現(xiàn)減少回采巷道掘進(jìn)工作量、提升煤炭采收率目的。由于巷道留設(shè)在采空區(qū)后方，受采空區(qū)覆巖層下沉影響，留巷圍巖變形量大，可以采用巷旁高水充填留巷方式，減少巷道圍巖變形[4-5]。

圖1 1204下材巷支護(hù)方式

3.1 充填設(shè)備

高水充填材料作為一種具有早期強(qiáng)度高、凝結(jié)速度快、支撐阻力高的材料，在井下沿空留巷巷旁充填體中應(yīng)用效果顯著，在江蘇徐州、河南焦作、河北邢臺(tái)等多個(gè)礦區(qū)實(shí)現(xiàn)成功應(yīng)用。巷旁充填參數(shù)根據(jù)中興礦1204下工作面地質(zhì)條件以及采面推進(jìn)速度綜合確定。充填體寬度設(shè)計(jì)為2.5m，高度即為巷高3.0m，每班充填距離為3.5m，采用的高水充填材料水灰比1.5:1。

采用高水充填材料進(jìn)行巷旁充填時(shí)，需要將A、B兩種材料均勻混合并等量灌注到充填袋內(nèi)，方可使其強(qiáng)度得以有效發(fā)揮。因此，在1204下工作面高水充填材料灌注時(shí)采用2ZBSB8～1.1/6-22注漿泵，并配合使用JB-1000攪拌桶。2ZBSB8～1.1/6-22注漿泵雙缸獨(dú)立運(yùn)行，能夠進(jìn)行雙液注漿，且注漿速度可調(diào)節(jié)。具體2ZBSB8～1.1/6-22注漿泵性能參數(shù)見表1。

表1 2ZBSB8～1.1/6-22型雙液注漿泵性能

3.2 充填工藝

井下沿空留巷進(jìn)行巷旁充填時(shí)可以分為三個(gè)環(huán)節(jié)，具體如下：

（1）材料準(zhǔn)備

首先需要將當(dāng)天充填所需材料搬運(yùn)至存放點(diǎn)，并在充填泵站將A材料在1～2號(hào)、B材料在3～4號(hào)攪拌桶攪拌，5～6號(hào)攪拌桶備用。當(dāng)1號(hào)、3號(hào)攪拌桶給2ZBSB8～1.1/6-22注漿泵供液時(shí)，2號(hào)、 4號(hào)攪拌桶加水，準(zhǔn)備替換1號(hào)及3號(hào)攪拌桶，從而避免注漿中斷。

（2）充填點(diǎn)頂板臨時(shí)支護(hù)及充填袋布置

在井下巷旁充填點(diǎn)，根據(jù)已經(jīng)灌注好的充填體快速定位充填位置，并對(duì)充填點(diǎn)位置進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)。后續(xù)進(jìn)行浮煤清理以及充填袋吊掛工作，并在充填袋內(nèi)穿入鋼筋，提高充填體強(qiáng)度。

（3）充填點(diǎn)充填

在完成材料準(zhǔn)備、充填點(diǎn)臨時(shí)支護(hù)以及布置好充填袋后，派專人進(jìn)行檢查，合格后通知注漿泵開啟進(jìn)行充填。充填點(diǎn)出料口均勻流出A、B料漿液后，將混合液放入充填袋內(nèi)進(jìn)行充填。具體工藝及流程見圖2。

為了便于充填體成型，并提升充填體強(qiáng)度，采用鋼筋網(wǎng)作為成型模板。為了提升充填袋強(qiáng)度，避免充填體使用過程中出現(xiàn)較大的側(cè)向變形，在充填體內(nèi)加入對(duì)拉錨桿。具體采用的充填體成型及加固錨桿布置見圖3。采用上述布置方式可以進(jìn)一步加固充填體，約束其側(cè)向變形。

圖2 巷旁充填基本工藝流程圖

圖3 充填體成型及加固示意圖

3.3 巷內(nèi)加強(qiáng)支護(hù)

巷內(nèi)加固分為超前加固、充填點(diǎn)加固以及工作面后方加固三個(gè)階段。

（1）超前加強(qiáng)支護(hù)

1204下材巷超前支護(hù)范圍不得少于30m，材料巷超前支護(hù)采用ZT2×3200/15/30型超前支護(hù)支架，巷道兩側(cè)各安裝2組，共4組，長度為25m，剩余5m采用π型鋼（長度3.6m），并配合單體支柱進(jìn)行邁步式支護(hù)，支護(hù)結(jié)構(gòu)為一梁兩柱。

（2）充填點(diǎn)的臨時(shí)支護(hù)

① 在1204下工作面機(jī)尾臨時(shí)支護(hù)采用螺紋鋼錨桿（Φ20×2200mm）、W鋼帶以及鋼絲網(wǎng)進(jìn)行壓網(wǎng)支護(hù)；

② 機(jī)尾錨桿施工完成后，拉移排頭支架，在排頭支架尾部距采空區(qū)側(cè)2700mm使用1m的π型梁+單體液壓支柱構(gòu)成“一梁二柱”進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)；

③ 在支架尾采用π型鋼、單體支柱構(gòu)成“一梁三柱”支護(hù)。

（3）工作面后方加強(qiáng)支護(hù)

在1204下工作面后方150m距離內(nèi)采用單體支柱并配合鉸接頂梁進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，防止采空區(qū)覆巖移動(dòng)對(duì)留巷造成較大影響，減少圍巖變形量。具體巷內(nèi)加強(qiáng)支護(hù)見圖4。

圖4 巷內(nèi)加強(qiáng)支護(hù)分布圖

4 應(yīng)用效果

1204下工作面材料巷采用高水充填材料沿空留巷技術(shù)，隨著1204下工作面推進(jìn)，對(duì)沿空留巷圍巖變形進(jìn)行為期45d觀測(cè)。在整個(gè)觀測(cè)周期內(nèi)，巷道頂板、底板及巷道變形量變化呈現(xiàn)出先快速增加后趨于穩(wěn)定趨勢(shì)。在變形觀測(cè)結(jié)束時(shí)，巷道頂、底板以及巷幫圍巖變形量穩(wěn)定在78mm、94mm，巷道圍巖變形得以有效控制。具體現(xiàn)場(chǎng)留巷情況見圖5。

5 結(jié)語

（1）1204下工作面采用高水充填材料沿空留巷技術(shù)后，采面多回采25m煤柱，煤炭采收率提升10%以上，巷道后期的掘進(jìn)、維護(hù)費(fèi)用降低30%以上，緩解了采面接替緊張局面，取得了顯著經(jīng)濟(jì)效益。

（2）針對(duì)1204下工作面頂板圍巖破碎問題，具體給出了材料巷支護(hù)方案、留巷超前支護(hù)、充填點(diǎn)臨時(shí)支護(hù)以及采面后方加強(qiáng)支護(hù)方案。