松軟厚煤層柔模混凝土沿空留巷技術(shù)應(yīng)用分析

任政峰

（煤炭工業(yè)太原設(shè)計(jì)研究院集團(tuán)有限公司，山西 太原 030002）

沿空留巷[1-2]是煤炭企業(yè)實(shí)現(xiàn)綠色開采的重要方法之一，不僅可以延長礦井服務(wù)年限，同時(shí)可以提高礦井掘進(jìn)效率，有助于實(shí)現(xiàn)礦井安全高效開采。

1 工程概況

大恒煤業(yè)3405工作面位于四采區(qū)中部，工作面西部為礦界，東部為四采區(qū)三條大巷，南部相隔20 m保安煤柱為3404工作面采空區(qū)，北部相隔260 m為3405工作面回風(fēng)順槽。工作面傾向長1155 m，走向長260 m，地面標(biāo)高+1080～ +1200 m，井下標(biāo)高+622～ +761 m。工作面開采3號(hào)煤層，煤層厚5.1～6.4 m，傾角0°～15°，煤層節(jié)理、裂隙較為發(fā)育，部分區(qū)域質(zhì)地松軟，普氏硬度約為2。煤層直接頂為泥巖，厚3.66 m；基本頂為細(xì)砂巖，厚7.6 m；直接底為泥巖和細(xì)粉砂巖，厚7.84 m；基本底為灰色石英砂巖，厚2.25 m。3405工作面為綜放工作面，采用兩進(jìn)一回“Y”型通風(fēng)。軌道順槽沿煤層底板掘進(jìn)，巷寬5.8 m，巷高3.2 m，留巷后作為回風(fēng)順槽使用，形成工作面回風(fēng)系統(tǒng)。

2 沿空留巷技術(shù)

2.1 預(yù)裂爆破切頂

在3405工作面軌道順槽前方布置預(yù)裂爆破鉆孔，切斷沿空留巷巷道頂板懸臂梁[3-4]載荷及旋轉(zhuǎn)變形壓力，消除懸頂，改善圍巖應(yīng)力環(huán)境。預(yù)裂爆破鉆孔位于軌道順槽靠工作面?zhèn)燃缃?，平行布置一排，炮孔偏向工作面?zhèn)龋鼋菫?5°，炮孔長12 m，直徑50 mm，間距為1.2 m。預(yù)裂爆破采用不耦合方式裝藥結(jié)構(gòu)，裝藥長度6 m，封孔長度6 m，單孔裝藥量為6.6 kg。爆破鉆孔布置如圖1。

圖1 超前預(yù)裂爆破鉆孔布置圖

2.2 留巷頂板控制

軌道順槽超前支護(hù)采用一梁四柱，工作面端頭過渡架側(cè)面及留巷后頂板采用一梁三柱的方式進(jìn)行支護(hù)，單體柱型號(hào)為DW35-300/110X，π型梁為3800 mm。在距留巷墻體600 mm處和距保安煤柱600 mm處各支設(shè)單體柱，在所支設(shè)2根單體柱中間再支設(shè)1根單體柱，中間支設(shè)的單體柱分別距兩側(cè)單體柱1550 mm；π型梁排距為900 mm±100 mm，留巷支護(hù)長度不少于120 m。端頭3架不放頂煤，在過渡架上鋪設(shè)雙層金屬頂網(wǎng)（規(guī)格為8000 mm×1050 mm），遇地質(zhì)條件變化時(shí)，在機(jī)尾最后兩架支架搭設(shè)1根補(bǔ)強(qiáng)錨索，用來維護(hù)機(jī)尾過渡架后方的空間。端頭第2和第3個(gè)過渡架后方布置兩個(gè)擋矸支架，邁步自移式，阻擋采空區(qū)矸石進(jìn)入巷道，同時(shí)為柔?；炷翝仓A(yù)留出空間。沿空留巷頂板臨時(shí)加強(qiáng)支護(hù)平面圖如圖2。

圖2 沿空留巷頂板臨時(shí)加強(qiáng)支護(hù)平面圖

2.3 柔模混凝土澆筑

（1）柔模支掛

3405工作面軌道順槽寬5.8 m，留巷寬度4.3 m，柔?；炷脸涮铙w[5-6]寬度1.5 m。3405工作面正常推進(jìn)速度為每天3個(gè)循環(huán)，即2.4 m，綜合確定柔模尺寸長×寬×高為：2.4 m×1.5 m×3.5 m。在擋矸支架預(yù)留空間內(nèi)，支掛柔模，留巷側(cè)采用單體柱支模；采空區(qū)側(cè)空間允許的前提下，盡量用單體柱支模；采空區(qū)側(cè)空間不足時(shí)，采用錨桿懸掛柔模；每側(cè)單體柱的數(shù)量不得少于2根/m，不能影響注漿管綁扎。采空區(qū)側(cè)掛模單體柱的回收時(shí)間為墻體澆筑成型1 d后，巷內(nèi)側(cè)掛模單體柱的回收時(shí)間為墻體澆筑成型7 d后。

（2）柔模加固

柔模內(nèi)采用錨栓桿、鋼筋梯子梁和鋼筋網(wǎng)進(jìn)行加固。錨栓桿采用直徑22 mm、長1.65 m的500號(hào)高強(qiáng)螺紋鋼，間排距為0.7 m×0.75 m。錨栓配套直徑16 mm圓鋼焊接的鋼筋梯子梁，橫向和豎向相互搭接。鋼筋梯子梁安裝在錨栓托盤內(nèi)，并在柔模和鋼筋梯子梁之間鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，保證墻體成型。

（3）混凝土材料

澆筑采用C40混凝土，采用42.5普通硅酸鹽水泥、砂子、石子和水混合，見表1。每班澆筑前和澆筑結(jié)束后，各需要泵送一次潤管砂漿，每次不少于0.5 m3，砂漿中水泥與砂子的配比為1:1。

表1 C40混凝土中各組分的摻量

（4）混凝土澆筑系統(tǒng)

在地面建立干混料制備站，井下布置柔?；炷翝窳现苽漭斔蜋C(jī)組。地面干混料通過礦車運(yùn)輸至井下濕料制備站，由濕料制備機(jī)組加水混合后，采用混凝土泵通過管路泵送至澆筑地點(diǎn)進(jìn)行柔模澆筑。柔?；炷翝仓到y(tǒng)示意圖如圖3。

圖3 柔模混凝土澆筑系統(tǒng)示意圖

3 效果分析

3.1 巷道控制效果分析

為考察留巷效果，在軌道順槽內(nèi)布置圍巖表面位移觀測測站，并在3405工作面機(jī)尾端頭支架布置支架壓力傳感器。通過支架壓力分析可知，切頂卸壓后，工作面端頭支架壓力穩(wěn)定，未出現(xiàn)受力激增現(xiàn)象，機(jī)尾端頭周期來壓顯現(xiàn)不明顯。巷道表面位移數(shù)據(jù)顯示，留巷巷道圍巖變形不大，巷道圍巖控制良好，同時(shí)柔?；炷脸涮铙w未出現(xiàn)破碎現(xiàn)象，留巷巷道能夠滿足本工作面回風(fēng)和下一個(gè)工作面生產(chǎn)使用。

3.2 效益分析

（1）成本消耗費(fèi)用

① 柔模充填費(fèi)用

柔模混凝土沿空留巷投資可分為設(shè)備費(fèi)用、材料費(fèi)、人工費(fèi)等，所需設(shè)備為地面干混料制備系統(tǒng)、井下混凝土濕料制備機(jī)組、端頭支架、擋矸支架、切頂鉆孔等，均可重復(fù)利用。柔模充填費(fèi)用主要計(jì)算柔模沿空留巷的材料和人工費(fèi)用，由表2單個(gè)充填體需使用材料及人工費(fèi)用計(jì)算，每米巷道充填材料費(fèi)用為8092元。

表2 柔?；炷脸涮铙w材料費(fèi)用明細(xì)

② 巷道頂板維護(hù)費(fèi)用

留設(shè)巷道頂板維護(hù)包括爆破施工、機(jī)尾端頭架鋪網(wǎng)、留巷巷幫及頂板錨索補(bǔ)強(qiáng)，以及擋矸支架及巷內(nèi)臨時(shí)支護(hù)等，具體明細(xì)見表3。經(jīng)計(jì)算，每米費(fèi)用為5426元。

表3 柔?；炷脸涮铙w材料費(fèi)用明細(xì)

（2）經(jīng)濟(jì)效益

采用柔模沿空留巷，可以少掘一條順槽巷道，多回收40 m煤柱。礦井掘進(jìn)一條順槽巷道的綜合成本8200元/m；每米煤柱可多回收煤炭資源300 t，每噸利潤100元計(jì)算，利潤為30 000元。沿空留巷巷道綜合成本為12 918元/m，由此計(jì)算可知，每米巷道可產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益為25 282元，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

4 結(jié)語

留巷巷道圍巖穩(wěn)定是沿空留巷成功實(shí)施的關(guān)鍵，通過對(duì)大恒煤業(yè)3405工作面沿空留巷實(shí)踐，從超前切頂卸壓、巷道頂板控制和柔?；炷恋臐仓?duì)柔?；炷裂乜樟粝锛夹g(shù)進(jìn)行了分析。通過觀測端頭支架壓力和留巷圍巖變形可知，柔模混凝土沿空留巷圍巖穩(wěn)定，能夠滿足礦井生產(chǎn)使用要求，在提高礦井煤炭資源回收率的同時(shí)減少了巷道掘進(jìn)工程量，緩解礦井采掘緊張局面；同時(shí)通過詳細(xì)的對(duì)比分析可知柔模沿空留巷經(jīng)濟(jì)效益明顯，為礦井推廣應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。