寺家莊礦大采高工作面巷旁充填沿空留墻技術(shù)應(yīng)用

段春陽

（華陽新材料科技集團(tuán)有限公司，山西 陽泉 045000）

1 引 言

長(zhǎng)期以來我國(guó)以煤炭作為主要消費(fèi)能源，我國(guó)煤礦以地下井工開采為主，一般采用走向長(zhǎng)壁采煤法，相鄰工作面采用留設(shè)煤柱維護(hù)其回采巷道，這就造成了大量的煤柱資源遺留在采空區(qū)，同時(shí)生產(chǎn)時(shí)間也表明煤柱寬度對(duì)巷道的維護(hù)效果并非越寬越好。目前許多礦井采用了沿空留巷技術(shù)用于實(shí)現(xiàn)無煤柱開采，沿空留巷技術(shù)是指采用一定的技術(shù)手段將上工作面回采巷道保留下來用于下工作面，沿空留巷技術(shù)可形成Y 型通風(fēng)，還可顯著提高煤炭回收率、降低巷道開拓成本，目前沿空留巷一般要在采空區(qū)巷幫構(gòu)筑充填墻體，同時(shí)采用一定的巷內(nèi)加固技術(shù)以實(shí)現(xiàn)留巷的穩(wěn)定控制[1-5]。

2 工程背景

寺家莊礦15117 綜采工作面開采15 號(hào)煤，位于+510 水平中央盤區(qū)，工作面采用一次采全高綜采工藝，工作面標(biāo)高470～515m，地面標(biāo)高925～1 005 m，南部為盤區(qū)準(zhǔn)備巷道，東部為15119 工作面（未掘進(jìn)），西部為15115 工作面（已回采）。15 號(hào)煤層平均厚度為5.62 m，平均傾角6°，賦存穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，一般含矸2～3 層，塊狀及粉狀；直接頂為砂質(zhì)泥巖，平均厚度5.33 m，深灰色，富含植物化石碎片，及碎屑化石，夾粉砂巖條帶，顯示水平層理，具節(jié)理；老頂為粉砂巖，平均厚度6.71 m，灰色，砂質(zhì)泥巖互層，顯示緩波狀層理，富含植物化石碎片；直接底為泥巖，平均厚度2.29 m，灰色，含黃鐵礦結(jié)核，含植物化石碎片，老底為砂質(zhì)泥巖，平均厚度5.78 m，深灰色，含團(tuán)塊狀褐鐵礦，分選磨圓較好。為提高煤炭回收率、實(shí)現(xiàn)采空區(qū)遺煤自燃的有效防治，15117 綜采工作面采用沿空留墻技術(shù)在15117 進(jìn)風(fēng)巷構(gòu)筑充填墻體，鄰近工作面回采巷道15119 回風(fēng)巷沿墻體邊緣進(jìn)行掘巷，從而實(shí)現(xiàn)無煤柱開采。

圖1 15117 工作面采掘平面圖

3 巷旁充填沿空留墻技術(shù)與工藝

3.1 巷旁充填沿空留墻技術(shù)原理

15117 工作面進(jìn)風(fēng)巷掘進(jìn)斷面為矩形斷面，掘進(jìn)寬度5.2 m，掘進(jìn)高度4.1 m，采用沿空留墻技術(shù)是需要對(duì)巷道進(jìn)行擴(kuò)幫，掘出需澆筑墻體的空間，并對(duì)墻體進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，保證墻體穩(wěn)定，根據(jù)澆筑墻體的設(shè)計(jì)要求，墻體寬度1.5 m，高度5.5 m，設(shè)計(jì)擴(kuò)幫寬度為2.5 m，澆筑墻體區(qū)域下方起底1.5 m，巷道擴(kuò)幫及澆筑墻體初步設(shè)計(jì)見圖2 所示。

圖2 巷道擴(kuò)幫及澆筑墻體初步設(shè)計(jì)

在15117 工作面回采前，在進(jìn)風(fēng)巷進(jìn)行起底工作，起底位置距進(jìn)風(fēng)巷外幫側(cè)1.0 m，起底深度、寬度均為1.5 m，起底后澆筑混凝土墻體基礎(chǔ)，釘釘時(shí)間后繼續(xù)澆筑墻體并接頂，15117 工作面回采結(jié)束后，15119 回風(fēng)巷沿墻體邊緣進(jìn)行掘巷，圖3 給出了巷旁充填沿空留墻技術(shù)原理圖。

圖3 巷旁充填沿空留墻技術(shù)原理圖

3.2 巷旁充填沿空留墻技術(shù)

3.2.1 擴(kuò)巷加強(qiáng)支護(hù)

15117 工作面進(jìn)風(fēng)巷擴(kuò)幫寬度為2.5 m，采用錨桿+錨索進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，頂板錨桿規(guī)格為φ20 mm、L 2 200 mm，距原支護(hù)錨桿490 mm 處布置1 根，頂板錨索規(guī)格φ17.8 mm、L7 200 mm 的鋼絞線，與錨桿設(shè)計(jì)間距960 mm 布置2 根，頂板錨桿（索）排距設(shè)計(jì)800 mm，擴(kuò)巷幫錨桿規(guī)格為φ18 mm、L2 400 mm，每排布置5 根，錨桿間排距設(shè)計(jì)800 mm×800 mm，巷幫錨索采規(guī)格φ17.8 mm、L 5 200 mm 的鋼絞線，距頂板2.0 m 處布置1 根錨索，排距設(shè)計(jì)為2 700 mm，與水平呈15°夾角。具體布置見圖3。

圖4 擴(kuò)巷加強(qiáng)支護(hù)斷面圖

3.2.2 澆筑墻體支護(hù)

15117 工作面進(jìn)風(fēng)巷澆筑墻體前架設(shè)柔模框架，并在柔模空間內(nèi)提前布置加強(qiáng)錨栓，柔模外壁提前布置橫縱鋼筋鋼帶，錨栓采用規(guī)格φ22 mm、L1 650 mm 的螺紋鋼制作，配套規(guī)格150 mm×150 mm×10 mm 的錨栓托盤，錨栓間排距設(shè)計(jì)800 mm×750 mm，鋼筋鋼帶采用φ16 mm 的圓鋼焊接而成，縱橫鋼筋鋼帶內(nèi)側(cè)提前布置鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)孔規(guī)格100 mm×100 mm，澆筑墻體寬度1.5 m，高度5.5 m，澆筑混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)為C40，材料配比為水泥∶砂子：碎石∶水∶專用外加劑= 700∶800∶800∶220∶1（重量比），澆筑完后預(yù)緊錨栓，預(yù)緊力設(shè)計(jì)150 N·m。圖5 給出了澆筑墻體加強(qiáng)支護(hù)平面圖。

圖5 澆筑墻體加強(qiáng)支護(hù)平面圖

3.3 巷旁充填沿空留墻工藝

巷旁充填沿空留墻工藝主要包括5 個(gè)工藝流程，見圖6 所示。第一步，15117 工作面進(jìn)風(fēng)巷實(shí)體煤擴(kuò)幫；第二步，巷道超前起底澆筑墻體基礎(chǔ)；第三步，架設(shè)柔?？蚣埽崆安贾眉訌?qiáng)錨栓、橫縱鋼筋鋼帶、鋼筋網(wǎng)，支設(shè)單體支柱；第四步，澆筑混凝土墻體；第五步，回撤單體支護(hù)，進(jìn)行下一階段沿空留墻。

圖6 巷旁充填沿空留墻工藝流程圖

4 工程應(yīng)用

提出的巷旁充填沿空留墻技術(shù)在寺家莊礦15117 工作面進(jìn)風(fēng)巷進(jìn)行了工程應(yīng)用，在距墻體800 mm 的位置采用單體支柱進(jìn)行了加強(qiáng)支護(hù)。

圖7 給出了澆筑墻體前后的現(xiàn)場(chǎng)情況（15117工作面進(jìn)風(fēng)巷側(cè)），圖8 給出了沿空留墻效果圖（15119 工作面回風(fēng)巷側(cè)），如圖所示，巷內(nèi)澆筑的墻體維護(hù)良好，巷旁充填沿空留墻技術(shù)在15117 工作面進(jìn)風(fēng)巷成功應(yīng)用后，提高煤炭回收率可達(dá)10 %，單個(gè)工作面可多回收25 萬t 煤炭，減少了巷幫支護(hù)工序，提高了巷道掘進(jìn)效率（一班可達(dá)9.0 m），減少了采空區(qū)去遺煤，降低了采空區(qū)自燃的風(fēng)險(xiǎn)。

圖7 澆筑墻體前后

圖8 沿空留墻效果圖

5 結(jié) 論

為提高煤炭回收率、實(shí)現(xiàn)采空區(qū)遺煤自燃的有效防治，提出采用巷旁充填沿空留墻技術(shù)實(shí)現(xiàn)寺家莊礦工作面無煤柱開采，基于此，介紹了巷旁充填沿空留墻技術(shù)原理，開發(fā)了巷旁充填沿空留墻技術(shù)，主要包括擴(kuò)巷加強(qiáng)支護(hù)和澆筑墻體支護(hù)，提出了巷旁充填沿空留墻工藝，技術(shù)在15117 工作面進(jìn)風(fēng)巷進(jìn)行了工程應(yīng)用，煤炭回收率提高10%，減少了巷幫支護(hù)工序，提高了巷道掘進(jìn)效率，減少了采空區(qū)去遺煤，降低了采空區(qū)自燃的風(fēng)險(xiǎn)。