大采高8105 綜采工作面高水充填沿空留巷控制技術(shù)研究

李 博

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)，山西 大同 037000）

1 概況

同忻礦8105 工作面長度230 m，基本頂平均厚度4 m，直接頂平均厚度9 m，煤層傾角平均7°。目前，5105 運輸巷采用混凝土沿空留巷技術(shù)，留巷后巷道、充填體寬度分別是5.6 m、2.0 m，充填體切頂阻力1569 kN/m，留巷效果差，留巷成本高，不利于安全生產(chǎn)。

2 高水充填巷旁充填留巷技術(shù)設(shè)計

高水充填巷旁充填沿空留巷技術(shù)，相比矸石、柔模混凝土等留巷技術(shù)[1]，具有以下特點：工藝系統(tǒng)簡單，初期投資少；可長距離輸送，機(jī)械化程度高；能夠適應(yīng)充填體頂板下沉，維護(hù)留巷穩(wěn)定；有效隔離留巷、采空區(qū)，實現(xiàn)礦井安全生產(chǎn)[2]。

2.1 巷旁充填體參數(shù)設(shè)計

高水材料水灰比定為1.5:1，充填工序每天兩班，充填體長×寬×高=3.2 m×2.5 m×3.5 m；充填體都在采空區(qū)內(nèi)，留巷寬度為5.6 m。

采用對拉錨桿、鋼筋梯子梁、鋼筋網(wǎng)加強(qiáng)支護(hù)充填體，提高其抗變形能力。錨桿間排距900 mm×800 mm，最下面、最上面1 根分別距底板300 mm、頂板500 mm。錨桿選用Ф22 mm×2700 mm 螺紋鋼；鋼筋梯子梁采用圓鋼Ф14 mm 焊接制作而成；鋼筋網(wǎng)選用Ф6 mm 鋼筋焊制，網(wǎng)孔≤100 mm×100 mm，兩網(wǎng)片用雙股鐵絲連接牢固，搭接鋪設(shè)長度≥100 mm。圖1 為充填體加固方式。

圖1 充填體加強(qiáng)支護(hù)布置圖（mm）

2.2 充填設(shè)備選型及布置

8105 工作面充填量為28 m3/班、2.5 h/班，因此，充填量為11.2 m3/h，充填泵能力應(yīng)大于187 L/min。因高水材料輸送距離最大為2000 m，輸送阻力為0.35 MPa/100 m，確定選用液壓雙液噴涂泵，型號為ZBYSB340/18-55，額定壓力、流量分別是18 MPa、340 L/min。

泵站布置于該工作面北面一盤區(qū)輔運大巷與5105 運輸巷交叉處，充填泵2 臺(一用一備)、攪拌桶5 臺（甲、乙料各2 臺，備用1 臺）、電磁啟動器5 臺（噴涂泵1 臺、攪拌桶4 臺），并在料場附近布置攪拌桶。泵站供電電壓1140 V/660 V，采用兩路Ф50 mm 高壓膠管作為輸漿管路。

2.3 圍擋空間設(shè)計

圍護(hù)空間主要是在支護(hù)巷旁前，采取臨時手段對頂板進(jìn)行范圍控制[3]。一般情形下，臨時支擋多使用擋矸支架或單體液壓支柱。

結(jié)合8105 工作面地質(zhì)開采條件，專門設(shè)計擋矸支架圍擋臨時支護(hù)，如圖2。在端尾替換4～5 架原支架為端尾支架，在端尾支架后方擋矸處采用2架擋矸支架擋矸，擋矸支架互為支撐，邁步推進(jìn)。

圖2 充填區(qū)圍擋空間支護(hù)

2.4 充填上方頂板支護(hù)

加強(qiáng)充填區(qū)內(nèi)頂板支護(hù)，保證頂板完整性。支護(hù)方案設(shè)計如下：第一種：割煤后，先推刮板輸送機(jī)，再將頂網(wǎng)鋪設(shè)在端頭4 架液壓支架，使用錨桿（索）對頂板加固，最后移架。為保證施工的安全性，頂板及時支護(hù)。該方法要求將刮板輸送機(jī)暫停，會影響工作面的回采。第二種：制作超前缺口在工作面端頭，由于是在工作面端頭采取放炮作業(yè)，雖不會對正常推進(jìn)產(chǎn)生影響，但是會增大作業(yè)量。第三種：對于好的頂板條件，可將充填區(qū)頂錨網(wǎng)索支護(hù)技術(shù)應(yīng)用在支架后方。該方法雖存在一定的加固滯后性，但是不會影響回采進(jìn)度[4]。

結(jié)合8105 工作面頂板狀態(tài)，采取第三種加固方案。具體設(shè)計為：在端尾4 架支架架前布置10#菱形金屬網(wǎng)，在架后每排打設(shè)3 根Ф20 mm×2500 mm 錨桿，間排距1300 mm×800 mm，采用鋼筋梯子梁護(hù)頂，Ф14 mm。加固時，盡可能使錨桿的外露長度小，最好≤50 mm。圖3 為充填加強(qiáng)支護(hù)圖。當(dāng)頂板條件較差時，可在架前施工頂板錨桿。

圖3 充填區(qū)域上方加強(qiáng)支護(hù)圖（mm）

3 沿空留巷補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)

3.1 留巷段加強(qiáng)支護(hù)

在留巷、回采期，頂板活動明顯，采用單體液壓支柱在工作面后方120 m 內(nèi)加強(qiáng)支護(hù)，3 根液壓支柱搭配工字鋼梁或π 型梁加強(qiáng)支護(hù)，一梁3 柱，邊柱距兩幫1000 mm，排距1000 mm。

3.2 密集鉆孔卸壓

8105 工作面部分區(qū)域頂板堅硬、致密，頂板壓力大，礦壓顯現(xiàn)明顯，為避免懸頂影響留巷，工作面回采后頂板不及時垮落，可在端尾支架的工作間內(nèi)進(jìn)行弱化孔施工[5]，提前弱化、預(yù)裂一定區(qū)間內(nèi)的上覆巖層，利用采場周期來壓，促使支撐架構(gòu)的形成，改善其下沉、回轉(zhuǎn)形態(tài)，完成頂板卸壓[6]。具體為：施工一排頂板弱化孔在墻體外側(cè)頂板300～500 mm 內(nèi)，孔間距600 mm，直徑48 mm，孔深8 m（可根據(jù)頂板巖層厚度情況進(jìn)行調(diào)整），向采空側(cè)傾斜10°，如圖4。

圖4 密集鉆孔布置示意圖（mm）

4 充填體施工工藝

1）頂板支護(hù)

割煤→端尾支架布置頂網(wǎng)（根據(jù)頂板情況）→液壓支架移架→架后支護(hù)、擋矸→加固充填區(qū)頂板。

2）構(gòu)筑充填體

依照推進(jìn)進(jìn)度，每日構(gòu)筑充填體2 垛：清除浮煤→定位充填體→立模（布置鋼筋網(wǎng)、單體液壓支柱、吊充填袋、穿對拉錨桿）→配料注漿→清潔管路、注漿設(shè)備→回收支柱。

3）輔助切頂（可選）

利用支架后方、擋桿密集支柱支護(hù)，施工切頂密集鉆孔，輔助充填體切頂。

4）清理現(xiàn)場，準(zhǔn)備下一循環(huán)。

基本工藝流程如圖5。

圖5 充填工藝圖

5 留巷期間礦壓監(jiān)測結(jié)果

對8105 工作面高水充填沿空留巷控制技術(shù)進(jìn)行了礦壓監(jiān)測，得到隨工作面推進(jìn)充填體橫、縱向位移的變化曲線，如圖6。

圖6 充填體橫、縱向位移變化曲線

從圖中可見，工作面后方10 m，充填體橫、縱向幾乎沒有變形；工作面后方10～20 m，頂板活動明顯，變形量緩慢增大，但此時仍比較小；工作面后方20～60 m，煤層頂?shù)装遄冃瘟砍掷m(xù)增大，充填體橫向變形快速增到190 mm，縱向變形增到150 mm；工作面后方60～80 m，頂板逐漸趨于穩(wěn)定，巷道圍巖變形減緩，充填體橫、縱向變形量增大變緩，同時，其變形速率增大也較緩慢；工作面后方80 m，充填體逐步趨于穩(wěn)定，此時，充填體橫、縱向變形分別是250 mm、210 mm。綜上分析，充填體變形量一直在可控范圍內(nèi)。

6 結(jié)論

1）設(shè)計沿空巷旁充填支護(hù)，包括充填體加強(qiáng)支護(hù)參數(shù)、設(shè)備選型及布置充填區(qū)域圍擋空間及頂板支護(hù)。其中，選用對拉錨桿、鋼筋梯子梁、鋼筋網(wǎng)加強(qiáng)支護(hù)充填體；充填區(qū)圍擋采用專門的擋矸支架；充填區(qū)上方頂板采用錨網(wǎng)索支護(hù)。

2）設(shè)計沿空留巷補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，一是采用單體液壓支柱在工作面后方120 m 搭配工字鋼梁或π 型梁加強(qiáng)支護(hù)；二是密集鉆孔卸壓，在端尾支架的工作間內(nèi)施工弱化孔，實現(xiàn)頂板卸壓。

3）8105 工作面高水充填沿空留巷充填體橫、縱向變形緩慢增大至最后趨于穩(wěn)定，最終變形量分別是250 mm、210 mm，均在可控范圍內(nèi)，可以保證煤礦的安全穩(wěn)定生產(chǎn)。