綜合機(jī)械化固體充填采煤原位沿空留巷技術(shù)的實踐

楊希太

（陜西煤化工集團(tuán)小保當(dāng)?shù)V業(yè)，陜西 神木 719000）

隨著我國煤炭資源供需矛盾的增加，各煤礦均加大了對“三下”壓煤技術(shù)的開采研究。結(jié)合112202 工作面的情況，進(jìn)行了綜合機(jī)械化固體充填采煤技術(shù)的實踐應(yīng)用研究。針對112202 工作面地質(zhì)情況，設(shè)計采用仰斜開采，而仰斜開采必須對201102 工作面兩順槽進(jìn)行沿空留巷，以保障工作面運(yùn)煤、通風(fēng)、運(yùn)料及運(yùn)矸通道，采用采空區(qū)內(nèi)巷旁支護(hù)的沿空留巷方式。該實踐應(yīng)用研究可以有效減少巷道掘進(jìn)量，提高煤炭的采出率。

1 概況

陜西煤化工集團(tuán)小保當(dāng)煤礦位于陜西省榆林市神木市大保當(dāng)鎮(zhèn)大啊包壕村北側(cè)，井田南北長為15.5 km，東西寬14.5 km，面積219.8 km2，設(shè)計生產(chǎn)能力2800 萬t/a。112202 工作面主采延安組2-2 煤，埋藏深度為194.53～401.22 m，煤層厚度1.17～4.65 m，平均厚度2.48 m，煤層傾角3～10°，平均傾角8°。煤層基本頂為25.25 m 的中粒砂巖，直接頂1.85 m的碳質(zhì)泥巖，基本底為6.76 m 的粉砂巖，直接底為3.96 m 的泥巖及炭質(zhì)泥巖。工作面長度為45 m，順槽巷道寬×高=3.0 m×2.4 m，超前30 m 的支護(hù)采用單體液壓支柱配合一字頂梁和十字頂梁支護(hù)。巷道頂板采用Ф18 mm×1800 mm 等強(qiáng)螺紋鋼錨桿+菱形金屬網(wǎng)（長×寬=50 mm×50 mm）+Ф14 mm 鋼筋梯（長×寬=2800 mm×80 mm）聯(lián)合支護(hù)，錨桿間排距800 mm×1000 mm，每根錨桿采用2 節(jié)CK2335 樹脂藥卷，扭矩不低于140 N·m；兩幫采用Ф18 mm×1800 mm 的螺紋鋼錨桿+菱形塑料網(wǎng)（規(guī)格為長×寬=40 mm×40 mm）聯(lián)合支護(hù)，錨桿間排距1000 mm×1000 mm，錨桿錨固力≥50 kN。

2 固體全部充填法工藝

綜合機(jī)械化固體充填采煤法之充填開采巷旁充填沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)如圖1 所示。從圖1 中可知，該采煤方法可以實現(xiàn)整個采空區(qū)的密實充填。該狀態(tài)下巷道基本頂和關(guān)鍵層形成一整體，巖層僅僅彎曲下沉而無斷裂發(fā)生，這為井下工作面實施沿空留巷開采提供了較好的基礎(chǔ)。在充填工作面推進(jìn)過程中，在兩端頭臨時支護(hù)情況下，采用人工封裝矸石袋并壘砌矸石墻進(jìn)行留巷作業(yè)，同時采用錨桿+鋼帶+鋼梁+金屬網(wǎng)的組合支護(hù)方案對巷道進(jìn)行加固，形成巷旁充填體，進(jìn)一步提高巷道圍巖的穩(wěn)定性。

圖1 充填開采巷旁充填沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)示意圖

112202 工作面綜合機(jī)械化固體充填采煤原位沿空留巷技術(shù)的實施，主要是從三方面著手：（1）按照正規(guī)循環(huán)步距割煤、移架后，對該段架后采空區(qū)進(jìn)行固體充填工序；（2）對原巷道的支護(hù)方式進(jìn)行優(yōu)化，采取錨+網(wǎng)+索聯(lián)合支護(hù)，保證采空區(qū)充填體的密實度，提高巷道頂板穩(wěn)定性；（3）在沿空留巷巷旁原位空砌矸石墻，然后采用錨桿+鋼帶+鋼筋梯梁+金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)方式進(jìn)行聯(lián)合支護(hù)加固巷旁充填體，提高其穩(wěn)定性。

3 原位沿空留巷的實踐

3.1 技術(shù)方案

通過對112202 工作面地質(zhì)條件及生產(chǎn)現(xiàn)場的情況調(diào)研，確定采用壘砌矸石帶來支撐采空區(qū)頂板并作為沿空留巷巷旁充填體來實現(xiàn)沿空留巷。

112202 工作面機(jī)械化矸石充填采煤原位沿空留巷工藝方案如圖2 所示，工藝流程為：（1）采煤機(jī)采用端部斜切進(jìn)刀雙向割煤，斜切進(jìn)刀段長度為35 m，進(jìn)刀深度0.6 m，正常移架滯后采煤機(jī)后滾筒。（2）兩端頭進(jìn)行臨時支護(hù)，采用人工封裝矸石袋并壘砌矸石墻進(jìn)行留巷，留巷寬度增加300 mm。（3）在工作面順槽原錨網(wǎng)梁聯(lián)合支護(hù)方式的基礎(chǔ)上設(shè)計了錨桿+鋼帶+鋼筋梯梁的支護(hù)組合進(jìn)行加固。該支護(hù)措施可以確保充填體密實接頂，保障巷道圍巖的穩(wěn)定性。（4）由機(jī)頭向機(jī)尾依次充矸→夯實→再充矸→拉后部運(yùn)輸機(jī)→再夯實，均為多次卸料、多次夯實，直至采空區(qū)充填料充分接頂并壓實。

圖2 112202 工作面沿空留巷開采工藝示意圖

3.2 沿空留巷支護(hù)方案優(yōu)化

（1）沿空留巷錨+網(wǎng)+索+鋼筋梯聯(lián)合支護(hù)

根據(jù)112202 工作面沿空留巷圍巖地質(zhì)條件及圍巖破壞特點分析，對原巷道的支護(hù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。在原支護(hù)設(shè)計方案的基礎(chǔ)上，巷道頂板沿走向新增2列錨索加槽鋼，錨索規(guī)格為Ф17.8 mm×5800 mm，錨索間排距為800 mm×1000 mm。優(yōu)化支護(hù)方案如圖3 所示。

圖3 錨+網(wǎng)+索+鋼筋梯聯(lián)合支護(hù)優(yōu)化設(shè)計圖

（2）充填體錨桿+鋼帶+鋼筋梯梁+金屬網(wǎng)組合支護(hù)加固方案

人工封裝矸石袋并壘砌矸石墻進(jìn)行留巷，向采空區(qū)方向偏移300 mm，對于裸露頂板采用菱形金屬網(wǎng)支護(hù)，規(guī)格為長×寬=4000 mm×2500 mm。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Ф20 mm×3200 mm 雙頭螺紋式錨桿加網(wǎng)+鋼筋梯+鋼帶進(jìn)行聯(lián)合固定。鋼帶+鋼筋梯采用“十字”交叉布置的方式，垂直于巷道頂?shù)装澹贾?500 mm 的鋼帶，沿巷道走向布置1000 mm的鋼筋梯。組合支護(hù)加固方案如圖4 所示。

圖4 沿空巷道支護(hù)示意圖

4 應(yīng)用效果

當(dāng)前112202 工作面已推進(jìn)140 m，通過對沿空留巷的巷道表面位移變化情況現(xiàn)場觀測，得到工作面開采后沿空留巷巷道表面位移變化，如圖5 所示。

圖5 開采后巷道表面位移變化示意圖

從圖5 數(shù)據(jù)可知，頂?shù)装搴拖锏纼蓭臀灰埔平烤^小，在滯后工作面20～40 m 處變形量較大，兩幫位移移近量最大52 mm，頂板位移移近量最大89 mm；頂板變形速度從距離工作面150 m 處開始由慢變快，在70 m 處變形速度達(dá)到最大，之后變形速度又逐漸減慢，在30 m 處達(dá)到穩(wěn)定。圖5 數(shù)據(jù)充分表明該聯(lián)合支護(hù)方式的支護(hù)效果較好，采空區(qū)充填體及巷旁充填體組合有效保障了巷道圍巖的變形量。針對112202 工作面設(shè)計的綜合機(jī)械化固體充填采煤原位沿空留巷技術(shù)應(yīng)用效果良好，為同類型工作面的開采提供了技術(shù)參考。