王洪存，孫德寧，賀偉偉

(內(nèi)蒙古科技大學(xué)，內(nèi)蒙古 包頭 014010)

西坡煤業(yè)有限公司位于離柳礦區(qū)，是我國的焦煤生產(chǎn)基地。該礦開采以中厚煤層為主，理論上屬于低瓦斯礦井，但為了安全考慮劃為高瓦斯管理礦井。工作面一般采用以留30 m護(hù)巷煤柱、并預(yù)留瓦斯尾巷的形式進(jìn)行開采，該開采方式存在著巷道支護(hù)及瓦斯治理困難、礦井煤炭資源回收率低等缺點(diǎn)。針對西坡礦目前情況，鑒于無煤柱快速留巷“Y”型通風(fēng)技術(shù)在南方一些礦井取得的成功經(jīng)驗(yàn)，研究適應(yīng)于西坡礦高瓦斯、大采高的沿空留巷(同時(shí)取消瓦斯尾巷)技術(shù)，對于緩解工作面采掘銜接緊張、有效提高煤炭資源回收率，降低掘巷成本，實(shí)現(xiàn)礦井安全、高效可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

1 工作面巷道布置與回采工藝

1．1 地質(zhì)概況

1)5206工作面概況。地面位于西坡煤業(yè)公司工業(yè)廣場南側(cè)110 m，距郝家塔村250 m，東臨李家梁1 160 m，西至主、副井南東320 m。地表有賀龍溝斜交穿過工作面。井下位于主斜井南側(cè)110 m，東側(cè)距南翼運(yùn)輸巷30 m，本面為礦井二采區(qū)第二回采工作面。蓋山厚度195～285 m，一般為250 m。其走向長1 365m，傾向長195m，面積為266 175m2。煤層總厚4．1 ～4．5 m，平均4．2 m，煤層結(jié)構(gòu) 2．5(0．2)1．6，煤層傾角5°～13°，平均6°。

2)頂?shù)装迩闆r見表1。

表1 頂?shù)装迩闆r表

3)5206工作面整體構(gòu)造形態(tài)為一單斜構(gòu)造，在該面外段煤巖層出現(xiàn)小范圍向斜構(gòu)造形態(tài)，工作面中部地段小斷層及裂隙發(fā)育，局部頂板破碎，易冒，fd3斷層向工作面延伸68 m，fd7延伸57 m，其地質(zhì)構(gòu)造情況見表2。

4)5206工作面地表有賀龍溝河床從該面上方斜穿而過，工作面開采頂板巖層發(fā)生垮落后，按照煤礦防治水規(guī)定公式計(jì)算，導(dǎo)水裂隙帶不與賀龍溝河床發(fā)生水力聯(lián)系，但是本面上方至地表巖層基本為基巖，地表塌陷造成的裂縫可與導(dǎo)水裂縫帶連通，成為導(dǎo)水通道。

356鉆孔揭露5(4+5)#煤層底板距太灰水間距31 m，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算突水系數(shù)0．204，煤礦防治水規(guī)定計(jì)算突水系數(shù)0．1，本面開采存在底板突水可能。最大水量100 m3/h，正常水量30 m3/h。

防治措施：a)改造賀龍溝河道，及時(shí)封堵地面裂縫。b)密切觀察工作面采空區(qū)涌水量變化趨勢。c)在泄水巷低洼處安裝排水能力不低于100 m3/h水泵，把工作面涌水排入中央泵房水倉，并加強(qiáng)中央泵房檢修力度，確保排水正常。

5)影響回采的其他地質(zhì)因素。a)瓦斯。5(4+5)#煤層的瓦斯含量 4．36 ～14．91 m/min，平均 8．37 m/min，高瓦斯。b)煤塵。5(4+5)#煤塵火焰長度大于300 mm，巖粉用量大于50%，煤塵具有爆炸性。c)煤的自燃。5(4+5)#煤層煤的吸氧量為0．56 m3/g，自燃等級為Ⅱ類，屬自燃煤層。d)地溫。井田恒溫帶深度50～60 m，恒溫帶溫度14°C，地層溫度一般為2．0°C/100 m左右遞增。e)地壓。地層壓力顯現(xiàn)不明顯。

6)儲量預(yù)算見表3。

表2 5206工作面地質(zhì)構(gòu)造情況表

表3 儲量預(yù)算表

1．2 工作面回采方法及回采工藝

5206工作面沿空留巷巷道布置為兩巷加一借用巷道布置方式，巷道分別為5206皮帶順槽(復(fù)用5202回風(fēng)順槽)、軌道順槽和借用5208軌道順槽;5206工作面回采時(shí)，5208軌道順槽作為5206回風(fēng)巷，三巷為平等布置方式，其中，5206皮帶順槽為機(jī)軌合一巷道。5206工作面及巷道布置平面圖見圖1。

圖1 5206工作面及巷道布置平面圖

5206工作面皮帶順槽為錨帶網(wǎng)支護(hù)，在斷層破碎附近及頂板淋水段為梯型棚支護(hù);矩形斷面，巷道設(shè)計(jì)中高4．2m，寬4．8 m，斷面20．16 m2;用于進(jìn)風(fēng)、運(yùn)煤和存放設(shè)備列車。

皮帶順槽為一次沿空留巷巷道，錨帶網(wǎng)支護(hù)，矩形斷面，巷道設(shè)計(jì)中高 4．2 m，寬 4．8 m，斷面 20．16 m2;用于進(jìn)風(fēng)和輔助運(yùn)輸。

切眼為錨帶網(wǎng)支護(hù)，矩形斷面，巷道設(shè)計(jì)中高為4．2 m，寬 4．6 m，斷面 19．32 m2，擴(kuò)面后寬度為 7 m;用于設(shè)備安裝及通風(fēng)。

5208工作面軌道順槽和回風(fēng)順槽為錨帶網(wǎng)支護(hù)，在斷層破碎帶附近及頂板淋水段為梯型棚支護(hù);矩形斷面，巷道設(shè)計(jì)中高為 4．2 m，寬4．8 m，斷面20．16 m2;軌道順槽和回風(fēng)順槽作為5206工作面回采時(shí)的回風(fēng)通道。

2 沿空留巷圍巖控制技術(shù)

2．1 支護(hù)方案及參數(shù)設(shè)計(jì)

1)支護(hù)方案。留巷前巷道原始設(shè)計(jì)斷面為矩形，高×寬=4．2 m×4．8 m。a)基礎(chǔ)支護(hù)?；局ёo(hù)方式為高強(qiáng)度、高性能預(yù)應(yīng)力錨帶網(wǎng)支護(hù)。頂板和幫部均采用高性能預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)，最大限度加大錨固長度和范圍，結(jié)合d14鋼筋托架護(hù)頂、幫，頂、幫均采用菱形金屬網(wǎng)或新型的鋼塑網(wǎng)緊貼巖面護(hù)頂、幫。b)關(guān)鍵部位加強(qiáng)支護(hù)。沿空留巷頂板的控制是非常重要的，頂板的穩(wěn)定決定了巷道的穩(wěn)定，頂板的完整決定留巷的成功。因此，要對頂板支護(hù)進(jìn)行強(qiáng)化。同時(shí)深部巷道承受很大的垂直壓力，兩幫的承載性能要強(qiáng)化。所以在對頂板和兩幫的處理上要加強(qiáng)支護(hù)。采用錨索和桁架對關(guān)鍵部位進(jìn)行強(qiáng)化加固。c)特殊地段支護(hù)。頂板構(gòu)造異常帶、斷層帶、淋水帶突然變大、直接頂厚度變化導(dǎo)演帶等特殊地段，首先加密頂部錨桿，并施工走向桁架、壓鎖棚梁，錨架聯(lián)合強(qiáng)化支護(hù)。

2)支護(hù)參數(shù)。a)巷道頂板采用7根左旋螺紋鋼等強(qiáng)預(yù)應(yīng)力錨桿配合5．2 m長d14型托架、鋼塑網(wǎng)或10#鐵絲金屬聯(lián)合支護(hù)，錨桿規(guī)格為d20－M22－2400，每根錨桿采用一節(jié)K2355、一節(jié)Z2355型樹脂藥卷加長錨固;錨桿間排距850 mm×800 mm，錨索間排距1 400 mm×800 mm。b)巷道兩幫采用5根左旋螺紋鋼等強(qiáng)預(yù)應(yīng)力錨桿加d14型托架、鋼塑網(wǎng)或10#鐵絲金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，錨桿規(guī)格為d20－M22－2400。每根錨桿采用一節(jié)Z2355型中速樹脂藥卷加強(qiáng)錨固;錨桿間排距為700 mm×800 mm。c)錨索為“三二一”布置，其中，一排三根錨索以巷道中心向兩側(cè)布置，間距1 400 mm，錨索規(guī)格d17．8 mm×6 300 mm，另一排錨索以2根錨索沿巷道中心對稱布置，間距1 800 mm，錨索規(guī)格為 d17．8 mm ×6 300 mm，2 排錨索間距為800 mm。另一根靠工作面煤幫300 mm處布置，錨索規(guī)格為d17．8 mm×8 000 mm。d)巷道肩角處頂部錨桿適當(dāng)帶一定角度。幫、頂錨桿扭矩不低于150 N·m，機(jī)具扭矩不足時(shí)人工滯后加扭或采用MQ－90J2型氣板機(jī)加扭。

2．2 采動(dòng)影響期間頂板強(qiáng)化管理

采動(dòng)影響包括三個(gè)階段，采動(dòng)超前影響、回采影響、充填留巷后殘余應(yīng)力影響，在本工作面回采期間主要針對巷道頂板采取維護(hù)措施。

工作面煤壁向外30 m范圍，采用單體支柱(3排)支護(hù)巷道頂板。工作面煤壁向里200 m范圍，架設(shè)單體工字鋼棚成對支護(hù)(一梁三柱)。

待充填區(qū)頂板寬度2 500 mm，長度2 400 mm，當(dāng)機(jī)尾架(139#架)前移時(shí)，沿走向使用1/2d200 mm×4．5 m板梁做橫擔(dān)，間距0．8 m，以保證頂板完整，防止漏矸。

2．3 留巷充填墻體內(nèi)加固方案及參數(shù)

采用在充填體內(nèi)旋轉(zhuǎn)鋼筋網(wǎng)的方法對充填體自身進(jìn)行加固。充填前在充填模內(nèi)布設(shè)鋼筋網(wǎng)，鋼筋直徑為8 mm，鋼筋網(wǎng)的方格尺寸為150 mm×150 mm，鋼筋網(wǎng)規(guī)格為長2 250 mm×高3 000 mm。

鋼筋網(wǎng)垂直于軌道順槽兩幫和底板布置，在鋼筋網(wǎng)的中部以及距頂?shù)装甯?00 mm處用直徑為16 mm、長度為2 100 mm的螺紋鋼將3片鋼筋網(wǎng)連接起來，其中鋼筋網(wǎng)間距為1 000 mm，每片網(wǎng)距離兩面模板各200 mm。對于充填體由于受力等原因可能產(chǎn)生的裂隙，需要采取注漿加固的措施，以防止采空區(qū)瓦斯的泄漏。

3 結(jié)論

經(jīng)過采用留巷填充控制圍巖的方案使西坡礦實(shí)現(xiàn)了無煤柱開采，提高煤炭回采率，延長了礦井服務(wù)年限。以前西坡礦工作面一直采用兩進(jìn)一回布置方式，甚至是雙進(jìn)雙回方式(雙U方式)，要投入大量時(shí)間去準(zhǔn)備新的采煤工作面。而沿空留巷工藝的采用，減少了巷道掘進(jìn)量，使沿空巷道繼續(xù)服務(wù)下一個(gè)工作面;此外，掘進(jìn)工程量大量減少，工作面提前構(gòu)成，為瓦斯抽采提供充足的時(shí)間和空間，可從根本上解決采、掘、抽銜接緊張問題。

沿空留巷充填材料選用膏體混凝土，其主要成分是：硅酸鹽水泥、碎石、砂子、粉煤灰、添加劑及水拌和的膏體混凝土。煤矸石作為采礦過程的副產(chǎn)品，多年來一直沒有得以利用，而且污染環(huán)境，目前，電廠通過對煤矸石燃燒發(fā)電，再將剩余的粉煤灰加以利用充填至井下，不但充分提高了資源的利用率，也同時(shí)為企業(yè)創(chuàng)造了更大的效益。

［1］ 康紅普，王金華．煤巷錨桿支護(hù)理論與成套技術(shù)［M］．北京：煤炭工業(yè)出版社，2007：338－343．

［2］ 康紅普，牛多龍．深部沿空留巷圍巖變形特征與支護(hù)技術(shù)［J］．巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2010(10)：1977－1981．

［3］ 韓冬雪．米村礦260051工作面沿空留巷技術(shù)實(shí)踐［J］．中州煤炭，2010(11)：77－79．