劉曉東 尹炳合 林治寶

（1.龍礦集團(tuán)盤道煤業(yè)，山西 忻州 034100；2.龍礦集團(tuán)高級(jí)技校，山東 龍口 265714）

1 工程概況

盤道煤業(yè)位于寧武煤田軒崗礦區(qū)的東北部，生產(chǎn)規(guī)模為120萬(wàn)t/a，批準(zhǔn)開(kāi)采2～5#煤層，現(xiàn)回采煤層為2#煤，低瓦斯礦井，自燃傾向等級(jí)二級(jí)，自燃發(fā)火期4～6個(gè)月，水文地質(zhì)類型為中等，井田構(gòu)造類型為中等。

沿空留巷為3203工作面的3203材料巷，巷道支護(hù)方式為錨網(wǎng)支護(hù)，巷道矩形斷面為4.4×3.5m，3203回采結(jié)束后，本巷道作為3205面的運(yùn)輸巷。

3203工作面回采煤層為2#煤，位于太原組頂部，上距山西組底部灰白色中細(xì)砂巖7～7.5m，全區(qū)厚度、層位穩(wěn)定。該區(qū)煤層厚3.0～4.5m，平均3.75m，含1～2層夾矸，厚度0.70～1.20m，平均厚度0.95m。煤層走向近南北，傾向西，傾角8～18°，平均12°。

3203材料巷掘進(jìn)過(guò)程中揭露落差1.5m、2m正斷層共兩條，對(duì)沿空留巷會(huì)造成一定影響，需加強(qiáng)斷層區(qū)域的支護(hù)。

2 方案論證

2.1 隔離墻技術(shù)分析

盤道煤業(yè)具有比較良好的地質(zhì)條件和開(kāi)采條件，沿空留巷技術(shù)可行，關(guān)鍵是留巷工藝需簡(jiǎn)單、保障安全、經(jīng)濟(jì)可行、技術(shù)合理。

沿空留巷突出的問(wèn)題是隔離墻的結(jié)構(gòu)和施工方法對(duì)沿空留巷的影響。目前，正使用的沿空留巷技術(shù)主要有隔離墻技術(shù)和切頂卸壓技術(shù)。切頂卸壓技術(shù)施工技術(shù)要求高，工藝復(fù)雜，對(duì)煤巖層巖性、厚度等因素要求較高，短期內(nèi)盤道礦無(wú)法采用。

國(guó)內(nèi)比較常用的沿空留巷隔離墻技術(shù)主要有：高水充填護(hù)巷技術(shù)、現(xiàn)澆混凝土成墻技術(shù)和預(yù)制塊砌墻等技術(shù)，以上方案各有優(yōu)缺點(diǎn)。

（1）高水充填材料護(hù)巷技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是遠(yuǎn)距離輸送和快速凝固。但墻體材料強(qiáng)度低，材料用量大，大多數(shù)情況下不能就地取材，材料成本高。施工方面形成的墻體太厚，在采空區(qū)側(cè)臨時(shí)支護(hù)和工作人員實(shí)施作業(yè)時(shí)存在安全隱患，不適合高效回采工作面。

（2）現(xiàn)澆混凝土成墻技術(shù)：就地取材，材料成本低。但地面干拌和現(xiàn)場(chǎng)施工造成多次粉塵污染，混凝土輸送距離有限，施工輔助材料成本高，工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且墻體達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度需要一定的時(shí)間。泵送混凝土充填沿空留巷環(huán)節(jié)多，施工復(fù)雜，柔模和輔助材料成本高，不能滿足高效快速回采需要。

（3）預(yù)制塊砌墻技術(shù)：國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的常規(guī)預(yù)制塊隔離墻基本是用預(yù)制塊簡(jiǎn)單地堆砌，類似于砌碹技術(shù)，該施工工藝簡(jiǎn)單、成本低。

通過(guò)研究，綜合比較現(xiàn)有的沿空留巷的各種工藝，確定采用預(yù)應(yīng)力砌塊裝配式隔離墻工藝。

2.2 預(yù)應(yīng)力砌塊裝配式隔離墻技術(shù)特點(diǎn)

（1）充分發(fā)揮混凝土強(qiáng)度，混凝土砌塊預(yù)制，有較好的養(yǎng)成條件和充分的養(yǎng)護(hù)時(shí)間，混凝土砌塊強(qiáng)度可以發(fā)揮到最佳程度；

（2）地面預(yù)制混凝土砌塊，相對(duì)井下施工，施工條件較好，勞動(dòng)力占用較少，人工費(fèi)用較低；

（3）井下環(huán)境污染少，粉塵可以減少90%以上；

（4）運(yùn)輸量少；

（5）裝配工藝簡(jiǎn)單，高強(qiáng)度砌塊通過(guò)親口配合，可適應(yīng)任何高礦壓環(huán)境；

（6）主動(dòng)支撐，預(yù)應(yīng)力支撐柱內(nèi)部填充有膨脹材料，注水后自體膨脹，給頂板施加30kN預(yù)支撐力，有效控制頂板和留巷穩(wěn)定性；

（7）粘塑性接頂密封，頂板預(yù)留間隙有預(yù)應(yīng)力讓壓支撐柱和粘塑性密封材料，具有初撐力又能增阻讓壓，基本耦合沿空留巷礦壓規(guī)律。粘塑性接頂材料是用河沙、小石子、粉煤灰，配以一定的添加劑，用水?dāng)嚢璩涮畹巾敳科鰤K與頂板之間的空間，既能對(duì)頂板起到一定的支撐作用，又能在頂板彎曲下沉?xí)r，壓密實(shí)，提高密封效果。

3 工程實(shí)踐

3.1 施工設(shè)備布置

將地面加工好的混凝土塊運(yùn)至砌墻機(jī)處，由砌墻機(jī)機(jī)械操作，完成砌墻工作，施工設(shè)備布置平面圖如圖1。

3.2 施工主要工藝

（1）混凝土塊的加工。根據(jù)礦壓監(jiān)測(cè)分析，選用800×800×400mm鋼筋混凝土塊，強(qiáng)度不小于C30，后期改為1000×800×400mm鋼筋混凝土塊，進(jìn)一步加大了支護(hù)強(qiáng)度，委托專業(yè)預(yù)制件廠進(jìn)行加工，強(qiáng)度達(dá)到要求后下井運(yùn)至施工地點(diǎn)。

（2）端頭支架安裝。工作面安裝時(shí)，在靠近3203材料順槽端頭安裝端頭支架，端頭支架較正常回采基本架長(zhǎng)3.5m左右，為邁步式結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖2。

圖1 設(shè)備布置平面圖

圖2 沿空留巷平面布置

（3）巷道超前補(bǔ)強(qiáng)加固。順槽沿空留巷操作前，在超前支護(hù)段打設(shè)補(bǔ)強(qiáng)頂鋼帶梁，增加兩排補(bǔ)強(qiáng)幫錨桿，鋼帶梁采用W200L2400～3400鋼帶，三根Φ15.24L5000錨索，幫采用Φ18L1800預(yù)應(yīng)力蛇形錨桿，補(bǔ)強(qiáng)頂鋼帶梁和幫錨桿的距離根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)礦壓觀測(cè)情況，在超前支護(hù)范圍內(nèi)即20m范圍補(bǔ)強(qiáng)即可。

（4）工作面超前支護(hù)。工作面超前支護(hù)采用單體支柱配合π型鋼梁棚，間距1.8m，切眼位置支設(shè)3架，一梁三柱，靠近切眼位置支設(shè)6架一梁三柱，再往外5架一梁兩柱，超前支護(hù)設(shè)計(jì)距離20m。

（5）砌墻作業(yè)。使用專用平板車將裝配式砌塊運(yùn)輸至施工地點(diǎn)，使用液壓轉(zhuǎn)向推高機(jī)（機(jī)械手）將裝配式砌塊移動(dòng)至隔離墻位置，前后、上下進(jìn)行裝配，密封膠條夾在砌塊與砌塊之間，隔離采空區(qū)，采用預(yù)應(yīng)力支撐柱接頂，用粘塑性接頂密封材料填充與頂板之間的空間。

（6）對(duì)已沿空留巷段加固。在沿空留巷段支設(shè)一路拖后順向靠墻加強(qiáng)棚，加強(qiáng)棚采用單體支柱配合π型鋼梁棚，加強(qiáng)棚離砌塊墻100mm，柱間距0.8～1m。沿空留巷施工過(guò)程中，拖后加強(qiáng)支護(hù)長(zhǎng)度一般為一個(gè)周期來(lái)壓步距另加5m以上，按照盤道煤業(yè)的周期來(lái)壓情況，一般拖后加強(qiáng)支護(hù)不少于50m左右，根據(jù)礦壓顯現(xiàn)情況進(jìn)行回撤復(fù)用。

（7）噴漿封閉。砌墻結(jié)束后，進(jìn)行噴漿封閉。在墻體預(yù)留觀測(cè)孔，定期觀測(cè)采空區(qū)情況。

4 實(shí)踐效果

（1）高強(qiáng)度支護(hù)與卸壓支護(hù)相結(jié)合，將巷道變形控制在一定范圍內(nèi)。在砌墻完成，巷道未受動(dòng)壓影響時(shí)，采取單體π鋼沿混凝土墻支護(hù)，以保證巷道支護(hù)的強(qiáng)度；同時(shí)選用了高強(qiáng)度鋼筋混凝土塊，混凝土塊與頂板之間采用主動(dòng)支撐作用的支撐柱及可塑性袋裝灰砂，有一定強(qiáng)度，又保持一定的塑性，當(dāng)袋裝灰砂變形至一定程度時(shí)，混凝土塊發(fā)揮主支護(hù)作用。頂板下沉200～300mm時(shí)，頂板沿混凝土墻體內(nèi)側(cè)切頂垮落，頂板壓力得到一定程度釋放，巷道趨于穩(wěn)定，不再有大的變化。

（2）增加恒阻力錨索支護(hù)，保證巷道頂板的完整，控制巷道頂板下沉變形。恒阻伸長(zhǎng)式礦用錨索，具有保持恒阻力條件下延伸大變形的特性，解決了現(xiàn)有錨索延伸率不足，難以適應(yīng)圍巖大變形的技術(shù)難題?，F(xiàn)場(chǎng)使用型號(hào)為SKP18-1/1860HS，沿工作面一側(cè)超前50m布置，間距3m，長(zhǎng)度5m，錨索Φ17.8mm，在保證錨索支護(hù)效果的情況下，較好地控制了巷道變形。

（3）對(duì)過(guò)斷層段區(qū)域，提前注漿加固，提高圍巖自身支護(hù)能力。注漿材料為馬麗散（優(yōu)樂(lè)加固1號(hào)），是一種低粘度，雙組分合成高分子--聚亞胺膠脂材料，當(dāng)樹(shù)脂和催化劑摻在一起時(shí)反應(yīng)或遇水產(chǎn)生膨脹，本身反應(yīng)或發(fā)泡生成多元網(wǎng)狀密彈性體，當(dāng)它被高壓推擠、注入到煤巖層，可沿煤巖層或混凝土裂縫延展直到將所有裂隙充填，注漿后，斷層區(qū)域巖層強(qiáng)度加大，沿空留巷期間無(wú)大變化。

（4）采用加長(zhǎng)端頭支架支護(hù)，保證操作人員的安全空間。制作加工了加長(zhǎng)邁步端頭支架，在保證支護(hù)強(qiáng)度的情況下，較回采支架長(zhǎng)3.5m，增加了砌墻支護(hù)段的操作空間，保證了施工人員的安全，同時(shí)支架邁步前進(jìn)，減少了支架前移時(shí)空頂時(shí)間，提高了支護(hù)效果。

（5）專用機(jī)械式砌墻機(jī)使用回采泵站液壓作為驅(qū)動(dòng)力，砌墻動(dòng)作分解為起吊、橫移、下放三個(gè)動(dòng)作，解決了砌塊搬運(yùn)與壘設(shè)的困難，每班進(jìn)度10～12m，保證了回采需要。

（6）本次施工的沿空留巷長(zhǎng)度570m，同時(shí)服務(wù)于3203與3205兩個(gè)工作面。實(shí)踐證明，沿空留巷較好地控制了巷道變形，提高了施工效率，經(jīng)濟(jì)成本降低20～30%，減少了煤柱損失，為相同或類似條件下推廣沿空留巷提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。