高水材料巷旁充填沿空留巷技術(shù)的應(yīng)用

趙偉偉

【摘 要】 高水材料巷旁充填沿空留巷技術(shù)為實(shí)現(xiàn)煤炭資源的高采出率提供了可能。為減少巷道采掘成本，本文以楊村煤礦掘進(jìn)工作面為研究背景，采用高水材料巷旁充填進(jìn)行護(hù)巷。試驗(yàn)結(jié)果表明：巷旁充填寬度為1 m，高水材料水灰比為2∶1，同時(shí)輔以超前加固技術(shù)及巷道補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)可以保證沿空留巷效果。此技術(shù)可減少巷道掘進(jìn)量，節(jié)約成本，同時(shí)有效控制了沿空留巷圍巖的變形，保證了煤炭資源安全高產(chǎn)高效開采。

【關(guān)鍵詞】 巷旁充填;沿空留巷;采出率;加固技術(shù)

【中圖分類號(hào)】 TD353 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 A 【文章編號(hào)】 2096-4102（2021）06-0021-03

煤炭資源的安全高產(chǎn)高效開采，一直是煤礦開采的發(fā)展方向。高水材料巷旁充填沿空留巷技術(shù)對(duì)提高煤炭資源采出率及巷道支護(hù)提供了有力支持，而沿空留巷技術(shù)的關(guān)鍵在于選取合適的加固支護(hù)技術(shù)和巷旁充填隔離技術(shù)。閆帥等對(duì)復(fù)用回采巷道護(hù)巷的合理煤柱寬度進(jìn)行了研究，并確定了合理的煤柱寬度。王德超等通過試驗(yàn)對(duì)不同寬度煤柱下的深部厚煤層綜放沿空掘巷進(jìn)行了試驗(yàn)研究，并得出合理的煤柱寬度。張廣超等以羊場(chǎng)灣煤礦為研究背景，通過數(shù)值模擬與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)得出高強(qiáng)度開采綜放工作面下煤柱的合理寬度為10m。

本文以兗州煤業(yè)股份有限公司楊村煤礦為工程背景，采用高水材料巷旁充填沿空留巷技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)工作面無煤柱開采，可減少巷道掘進(jìn)量，提高經(jīng)濟(jì)效益。本文研究成果可以為其他相似工程條件下的煤礦開采提供借鑒與參考。

1工程概況

楊村煤礦15號(hào)煤的煤層厚度約為4.5-6.0m，平均5.48m。工作面頂?shù)装迕簬r情況如表1所示。楊村煤礦15021運(yùn)輸巷為沿空留巷，15031為工作面回風(fēng)巷，為確保留巷成功，需提前對(duì)所留巷道在回采工作面前后100m范圍內(nèi)采取補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)及加固措施，巷旁充填需在距回采工作面后方20m以外。補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)方式為對(duì)巷道加密錨桿支護(hù)及采用單體液壓支柱配合π型鋼加固，巷旁充填方式為采用高水材料進(jìn)行充填。沿空留巷及巷旁充填示意圖如圖1所示，煤巖柱圖如表1所示。

2巷道加固技術(shù)方案

巷道的原支護(hù)方案是采用錨桿、錨索、鋼筋網(wǎng)以及鋼帶進(jìn)行加固，加固技術(shù)如圖2所示。

錨桿：巷道的頂板使用MSGLW-500/22×2200左旋無縱肋螺紋鋼樹脂錨桿，錨桿間距0.8×1.0m;巷道兩幫采用MSGLD-500/20×2200左旋等強(qiáng)螺紋鋼式樹脂錨桿，錨桿間距為0.8×1.0m。

錨索：巷道的中間采用SKP18-1/1860×7000型號(hào)的錨索布設(shè)，間距為1.9m。

鋼筋網(wǎng)采用LW-50/4-SZ的菱形形狀網(wǎng)，鋼筋的搭接長(zhǎng)度為1.0m。

巷道的頂板使用T型鋼帶，巷道的兩幫使用Φ10mm圓鋼加工而成的鋼筋。

3巷旁充填技術(shù)作用機(jī)理、方案與工藝

3.1巷旁充填技術(shù)作用機(jī)理

巷旁充填體應(yīng)該具有早期強(qiáng)度高、耐高溫等主要特性，同時(shí)巷旁充填體與工作面一起進(jìn)行作業(yè)，與巷道內(nèi)其他支護(hù)共同作用，保證巷道直接頂?shù)姆€(wěn)定性，降低巷旁充填體所承受的載荷。

隨著巷道工作面的推進(jìn)，基本頂會(huì)發(fā)生破壞沉降，在基本頂發(fā)生破壞時(shí)充填體的支護(hù)阻力須達(dá)到切頂阻力，切斷采空區(qū)側(cè)基本頂，從而降低充填體得載荷。

巷道圍巖穩(wěn)定后，充填體支護(hù)阻力的大小應(yīng)不小于巷道上方已切斷巖層的重力，同時(shí)巷道頂板的沉降量在允許范圍內(nèi)。

3.2充填方案

結(jié)合15021運(yùn)輸巷現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地質(zhì)條件最終確定充填體寬度1.0m，高度為采高，每次充填長(zhǎng)度為3.2m，充填水灰比為2∶1。為提高巷旁充填體橫向上的抗變形能力和承載能力，在作業(yè)時(shí)采用φ22mm的螺紋鋼、鋼筋網(wǎng)等在充填體的兩側(cè)進(jìn)行加固，提高充填體的整體抗橫向變形及承載能力。

3.3充填工藝

材料的準(zhǔn)備和儲(chǔ)存。灌裝前，按灌裝量準(zhǔn)備足夠的A、B原料。這兩種原材料應(yīng)分開放置。按比例使用的水應(yīng)干凈，方便使用。加注泵應(yīng)清潔，運(yùn)行正常。輸送管道應(yīng)保持暢通，無泄漏。

準(zhǔn)備好充填的位置。將填充點(diǎn)的浮煤屑清理干凈，同時(shí)檢查填充點(diǎn)支撐是否牢固，當(dāng)錨網(wǎng)支撐完好時(shí)，取出填充位置的單個(gè)液壓支柱，然后根據(jù)填充位置和填充寬度將金屬骨架放置在兩側(cè)，用張拉桿固定兩側(cè)的金屬骨架，最后將填充袋放入金屬骨架中。

攪拌和填充物。將材料A和材料B倒入不同的攪拌桶中，按水與水泥比2∶1均勻攪拌，倒入雙料填泵，由填泵加壓，將填充袋在填點(diǎn)通過管道輸送。當(dāng)其與巷道的上底板密切接觸后，停止進(jìn)行填料，同時(shí)將填充袋的袋口綁扎嚴(yán)密，防止發(fā)生泄漏。填充過程如圖3所示。

3.4高水材料力學(xué)性能分析

為了更好地探究高水充填材料的力學(xué)性能，分別采用90%、93%、96%、97%四個(gè)級(jí)別水體積的材料固結(jié)體進(jìn)行試驗(yàn)分析，選用DFPK和DFPM的材料型號(hào)。養(yǎng)護(hù)溫度設(shè)定為20℃，水溫設(shè)定為19℃。高水充填材料不同時(shí)期強(qiáng)度變化曲線如圖4所示。

由圖4可以看出，高水充填材料固結(jié)體隨水體積的增大，強(qiáng)度有所下降，同時(shí)具有明顯的早強(qiáng)、增長(zhǎng)速度快的特征，在168h后高水充填材料的強(qiáng)度增長(zhǎng)相對(duì)緩慢，但其達(dá)到了峰值強(qiáng)度的70%-90%。

4巷旁充填技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益分析

采用沿空留巷技術(shù)后，在前期留巷工程和后期維護(hù)所需的勞動(dòng)力與采掘巷道所需的勞動(dòng)力大致相同，但加固支護(hù)所需材料和充填所需的材料為掘進(jìn)支護(hù)所需材料的50%，每延米巷道支護(hù)費(fèi)用可減少1800元，同時(shí)可多采出約4.5噸原煤，為礦井高效生產(chǎn)提供了保障，提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

5結(jié)語

采用高水材料巷旁充填沿空留巷技術(shù)在楊村煤礦的成功使用，為其他工作面的高效開采提供了借鑒。

高水材料巷旁充填沿空留巷技術(shù)實(shí)現(xiàn)了無煤柱開采，解決了楊村煤礦采掘進(jìn)度緩慢、成本高、采掘交替緊張等問題，提高了礦山的經(jīng)濟(jì)效益，為礦山的高效生產(chǎn)提供了保證。

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