采煤工作面柔模沿空留巷技術(shù)研究

楊學(xué)春

（汾西礦業(yè)集團(tuán)水峪煤礦，山西 孝義 032300）

引言

目前我國煤炭資源采出率較低，浪費現(xiàn)象嚴(yán)重，全國煤炭資源采出率僅在40%左右[1-2]。如何提升煤炭采收率、延長礦井服役時間，是實現(xiàn)煤炭資源高效開采的關(guān)鍵內(nèi)容之一[3]。沿空留巷由于不需要留設(shè)保護(hù)煤柱（或者留設(shè)寬度較小的護(hù)巷煤柱），在提高煤炭采收率、經(jīng)濟(jì)效益以及緩解采掘接替緊張局面等方面有顯著優(yōu)勢[4-5]。沿空留巷支護(hù)中木垛、砌塊、密集支柱等支護(hù)形式均不同程度存在強度低、密閉性差等問題，不適應(yīng)當(dāng)前煤礦安全生產(chǎn)要求；高水速凝材料等，工藝復(fù)雜、較大增加開采成本，所以選擇合適的巷旁支護(hù)材料和方式，對于留巷支護(hù)而言非常關(guān)鍵[6-7]。柔模沿空留巷技術(shù)憑借支護(hù)成本相對較低、支護(hù)強度高以及圍巖控制效果好等優(yōu)點，在煤礦井下應(yīng)用不斷增加[8]。山西某礦采用一井一面布置方式，為安全高產(chǎn)高效礦井，但在工作面回采過程中，順槽煤柱通常留設(shè)25 m，一定程度上制約了煤炭采出率的提高。因此，為實現(xiàn)綠色安全高效開采，加快無煤柱沿空留巷技術(shù)研究與應(yīng)用迫在眉睫。本文提出將柔模沿空留巷技術(shù)應(yīng)用到礦井采煤工作面回采巷道圍巖控制中，以期能在一定程度提高礦井煤炭生產(chǎn)效率以及礦井經(jīng)濟(jì)效益。

1 2201 采煤工作面概況

山西某礦現(xiàn)階段生產(chǎn)主要集中在淺部的2 煤，采用綜采開采工藝，煤層頂?shù)装鍘r性參數(shù)見表1。2 煤2201 綜采工作面開采長度為3 914.2 m，切眼斜長260 m，開采范圍內(nèi)煤厚2.6 m。2201 采煤工作面回采巷道斷面參數(shù)為掘?qū)挘▋魧挘?.4 m，凈高2.8 m，斷面積15.12 m2，巷道采用錨網(wǎng)索支護(hù)頂板。為降低圍巖支護(hù)難度并確保巷道圍巖穩(wěn)定，采面留設(shè)的護(hù)巷煤柱寬度為25 m，煤柱留設(shè)造成的煤炭損失量33 萬t（此處按面推進(jìn)長度估算）。礦井2 盤區(qū)采面間設(shè)計留設(shè)25 m 保護(hù)煤柱，則僅能布置9 個回采工作面，若使用沿空留巷技術(shù)則可將采面布置數(shù)量由9 個增加至11個，可實現(xiàn)盤區(qū)煤炭資源高效回采。為提高礦井煤炭開采效率，提出將柔模留巷技術(shù)應(yīng)用到2201 采煤工作面運輸巷中，本文對柔模留巷技術(shù)工藝以及應(yīng)用效果等進(jìn)行分析。

表1 頂?shù)装鍘r性

2 柔模留巷技術(shù)

2.1 巷道補強支護(hù)

對留巷段圍巖進(jìn)行補強，可降低采動動壓對巷道圍巖變形影響，并為留巷工作開展創(chuàng)造良好條件。基于2201 運輸巷現(xiàn)場工程地質(zhì)條件，并結(jié)合其他礦井留巷經(jīng)驗，采用錨網(wǎng)索對留巷段補強。頂板補強用Φ17.8 mm×6 500 mm 的鋼絞線，配合300 mm×300 mm×12 mm 鐵托板，每根錨索配3 根CK23×500 mm錨固劑。在頂板中部施工錨索，按照“二一二”布置方式進(jìn)行補強，若遇到地質(zhì)構(gòu)造段或者來壓段時則在單排錨索旁增加布置一個錨索。巷幫用玻璃鋼錨桿補強，其中正幫、副幫玻璃鋼錨桿規(guī)格分別為Φ22 mm×2 000 mm、Φ22 mm×1 600 m；若遇到構(gòu)造帶或者來壓段時，則可用錨索補強。具體巷道補強支護(hù)設(shè)計如下頁圖1 所示。

圖1 巷道補強支護(hù)示意圖（單位：mm）

2.2 支護(hù)模柱施工

2.2.1 支護(hù)參數(shù)

根據(jù)2201 運輸巷現(xiàn)場條件并結(jié)合工程類比法，在留巷段使用的柔模混凝土強度為C30、寬度為1 000 mm。為提高柔?；炷林文芰胺€(wěn)定性，在柔?；炷林蓄A(yù)置Φ20 mm×1 100 mm 錨栓，在錨栓兩端均布置150 mm×150 mm×8 mm 托板。在澆筑混凝土?xí)r，間隔75 m、150 m 分別布置一個觀測孔、注漿孔，以便對采空區(qū)遺煤進(jìn)行防滅火。柔模支護(hù)示意圖，如圖2 所示。

圖2 柔模支護(hù)示意圖（單位：mm）

2.2.2 混凝土配比

2201 運輸巷沿空留巷柔模混凝土標(biāo)號C30，在運輸巷內(nèi)使用的柔?；炷脸醪脚浜媳纫姳?。

表2 柔?；炷僚浔?/p>

在井上將柔模混凝土材料及添加劑等按設(shè)計配比均勻混合，使用專用下料鉆孔將混凝土泵送至井下，后通過專用運輸車輛將混凝土運輸至施工地點。

3 現(xiàn)場應(yīng)用效果分析

在2201 運輸巷采用柔模沿空留巷技術(shù)后，間隔400 m 布置測站對圍巖變形監(jiān)測，測站測點分別位于頂?shù)装逯悬c、頂?shù)装蹇扛睅图叭崮?cè)各500 mm 處、巷道兩幫中點處，具體3 號及5 號測站圍巖變形結(jié)果如圖3 所示。

圖3 圍巖變形量監(jiān)測結(jié)果

從圖3 可知，3 號及5 號測站留巷段頂板下沉量最大位置靠近柔模側(cè)，分別為145 mm 和218 mm；兩幫移近量分別為42 mm 和66 mm。留巷段圍巖變形依據(jù)變形量曲線變化可劃分內(nèi)3 個階段，第一階段（采面后方0～25 m）移近量及速度相對較??；第二階段（采面后方25～100 m）圍巖變形速度較快，其中頂板、巷幫最大變形速度分別為27 mm/d、9 mm/d；第三階段（采面后方100 m 以外），圍巖變形基本穩(wěn)定。布置測站監(jiān)測得到留巷段頂板、巷幫變形分別為218 mm、66 mm，圍巖變形不會影響巷道使用。

4 結(jié)語

沿空留巷是一項涉及內(nèi)容廣、技術(shù)難度大、跨度時間長的技術(shù)工程。留巷支護(hù)要考慮巷道掘進(jìn)、回采前、留巷過程中及成巷后不同階段的支護(hù)及補強，是動態(tài)的過程。實現(xiàn)安全有效的沿空留巷，必須根據(jù)每個階段的特點制定相應(yīng)支護(hù)措施。通過巷內(nèi)錨網(wǎng)索超前補強支護(hù)、柔?；炷翂ο锱灾ёo(hù)、單體支柱+鋼梁被動支護(hù)等可有效控制留巷段圍巖變形?，F(xiàn)場應(yīng)用后，留巷段頂板、兩幫的變形量分別控制在218 mm、66 mm 以內(nèi)。