王士禮 劉維信 許振魯

（山東東山王樓煤礦有限公司，山東 濟(jì)寧 272063）

1 工程概況

11307工作面兩順槽沿煤層底板按中線全煤掘進(jìn)，矩形斷面，上順槽凈寬度3.6m，高度3.4m，斷面面積12.24m2，下順槽寬度3.6m，高度3.2m，斷面面積11.52m2，支護(hù)方式為錨網(wǎng)梯索聯(lián)合支護(hù)。工作面布置如圖1所示。

3上煤層直接頂為泥巖，平均厚度3.32m，深灰色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，水平層理，在泥巖頂部發(fā)育一層厚度為0.5m的薄煤層。基本頂以粉砂巖為主，平均厚度4.12m，淺灰色，薄至中厚層狀，水平層理，粉砂質(zhì)石英砂巖，鈣質(zhì)膠結(jié)。

3上煤層直接底為泥巖，平均厚度1.10m，深灰色，頂部微含鋁質(zhì)，水平層理。底部為粉砂巖，平均厚度8.30m，灰白色，薄至中厚層狀，見細(xì)砂巖互層，上部見植物莖部化石。

圖1 11307工作面及其巷道布置平面圖

2 充填體參數(shù)設(shè)計(jì)

2.1 充填材料性能參數(shù)

在沿空留巷巷旁充填中，巷旁充填材料的性能，具有非常重要的作用，決定著沿空留巷的成功或失敗。受沿空巷道礦壓顯現(xiàn)規(guī)律影響，選取的巷旁充填的材料必須具有較高的支護(hù)強(qiáng)度和優(yōu)良的性能，可縮性能好，高殘余強(qiáng)度，速凝早且強(qiáng)，具有良好的密閉性。

沿空留巷圍巖的穩(wěn)定性受巷旁充填體強(qiáng)度的直接影響。巷道上覆巖層相互間不會(huì)出較大離層是建立在充填體能提供足夠的支護(hù)強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，同時(shí)，在回轉(zhuǎn)過程中，直接頂與部分基本頂被切斷，有效地減少頂板下沉量與巷內(nèi)支護(hù)支撐設(shè)備承受的載荷，為沿空留巷成功提供保證。CDKS高水分快速凝固材料是專門為沿空巷道研發(fā)的，該材料由甲料、乙料兩種組分構(gòu)成，以質(zhì)量比1:1配合使用，并能夠根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況對(duì)材料的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以滿足不同施工工藝條件下使用。表1顯示了在實(shí)驗(yàn)室條件下測(cè)量的CDKS高水分快速凝固材料的平均性能指數(shù)。通過工程類比，確定材料水灰比為1.8:1。在測(cè)得水灰比的條件下，新型高水速凝充填材料在2h、1d、7d的平均抗壓強(qiáng)度分別不低于1.8MPa、3.9MPa、5MPa。

表1 CDKS高水分快速凝固材料基本性能

2.2 充填柔模袋設(shè)計(jì)

由于充填柔模袋是柔性的，體積太大不利現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作，在保證充填柔模袋滿足工作面日常推進(jìn)度前提下，將充填柔模袋沿巷道走向設(shè)計(jì)為2.4m長(zhǎng)。煤層厚度為0.7～2.8m，平均厚度為2.02m，以平均采高2.5m進(jìn)行設(shè)計(jì)，具體施工時(shí)可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，暫確定充填柔模袋的高度為2.8m，形狀與規(guī)格如圖2所示。充填柔模袋的進(jìn)料孔直徑優(yōu)選為120mm，進(jìn)料管長(zhǎng)度優(yōu)選為不得小于550mm。選取充填柔模袋的材料時(shí)，應(yīng)保證選取的材料具有抗靜電、阻燃性能，有足夠的強(qiáng)度，加工時(shí)，接縫要牢固、可靠，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求加工。在實(shí)際充填工作中，當(dāng)充填柔模袋的尺寸和上錨栓孔的位置不能滿足使用要求時(shí)，可根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)、勞動(dòng)組織情況和煤層地質(zhì)條件變化適當(dāng)調(diào)整。

充填柔模袋加工要求：

（1）進(jìn)料口直徑為120mm，進(jìn)料管長(zhǎng)度不小于550mm，另一面的排氣管直徑為120mm，排氣管長(zhǎng)度不小于550mm。

（2）充填柔模袋每面預(yù)留設(shè)8個(gè)錨栓孔，8個(gè)錨栓孔從上到下布置數(shù)量為3、3、2。錨栓孔直徑為60mm，錨栓套左右兩側(cè)外露的長(zhǎng)度為150mm。如圖2所示。

（3）充填柔模袋共計(jì)5個(gè)面，無(wú)底面，方便人員進(jìn)入袋內(nèi)安裝對(duì)拉鋼筋(錨桿），設(shè)計(jì)高度2.8m，預(yù)留0.3m富余。在實(shí)際施工過程中，將多余的長(zhǎng)度在底部位置向內(nèi)折疊以達(dá)到防漏漿的目的。

圖2 充填柔模袋結(jié)構(gòu)示意圖

3 巷旁充填支護(hù)補(bǔ)強(qiáng)

3.1 充填體位置確定

根據(jù)11307工作面上巷設(shè)計(jì)斷面寬度與巷內(nèi)原有支護(hù)方式，充填體位置具有以下4種組合：（1）將充填體全部置于采空區(qū)；（2）將充填體的大部分置于采空區(qū)；（3）將充填體的大部分置于巷內(nèi)，一小部分置于采空區(qū)內(nèi)；（4）將全部充填體置于巷內(nèi)。

沿空留巷寬度越大，使用越方便、越有利，但沿空留巷的難度也越大，所留巷道的礦壓顯現(xiàn)更為明顯，巷道后期維護(hù)工作量隨之增加。若留巷寬度不符合使用要求，則需要擴(kuò)幫至使用要求，后期工作量也會(huì)增加。

綜合考慮巷道圍巖特性以及沿空留巷斷面的使用要求，確定采用方案一，將充填體全部置于采空區(qū)，位置如圖3所示。

圖3 充填體與沿空巷道平面位置示意圖

3.2 留巷超前支護(hù)補(bǔ)強(qiáng)

沿空留巷巷道，經(jīng)歷兩次采動(dòng)影響，礦壓顯現(xiàn)較強(qiáng)，巷道變形控制比較困難。11307工作面采用端頭支架進(jìn)行端頭支護(hù)，支架的移動(dòng)勢(shì)必會(huì)對(duì)上巷原來(lái)的頂板支護(hù)造成一定程度的破壞，加之該巷道留巷斷面較大、采高變化較大、煤層傾角較大、工作面仰斜開采，使沿空留巷難度顯著增大。為此，必須對(duì)上巷進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，以保證留巷的成功。具體補(bǔ)強(qiáng)措施為：在原巷道頂板兩排錨索中部位置補(bǔ)打1根Ф18×8000mm的低松弛鋼絞線錨索，排距為1.6m。

上巷工作面端頭超前加強(qiáng)支護(hù)不得少于30m，超前支護(hù)采用單體支柱配合π型梁架棚支護(hù)，一梁三柱，棚距為800mm，三排支柱距工作面煤壁側(cè)的間距分別為400mm、2400mm、3200mm。頂板較破碎時(shí)，支柱要支在硬底，穿鐵鞋掛好防倒鉤，在鉸接頂梁上架設(shè)道木，單體支柱初撐力不小于55kN。

3.3 巷旁充填作業(yè)臨時(shí)支護(hù)

端頭支架前移過程中對(duì)裸露頂板及時(shí)支護(hù)，方法為：首先，在架前掛金屬網(wǎng)，掛網(wǎng)區(qū)域?qū)挾葹?m，從巷道向采空區(qū)內(nèi)側(cè)方向，充填體寬度為2.5m，行人空間為1m，剩余3.5m搭在切頂支柱靠近采空區(qū)側(cè)，對(duì)形成的矸石墻起擋矸作用。移架后在支架后補(bǔ)打頂板錨桿，錨桿采用Ф18×2000mm螺紋鋼錨桿，間距為1000m，排距為800mm，架前按1600mm排距打設(shè)。同時(shí)，支架前移后，在充填空間頂板上方補(bǔ)打Ф18×8000mm的低松弛鋼絞線錨索，間距為1.2m，排距為1.6m。為了強(qiáng)化對(duì)破碎頂板的支護(hù)效果，打錨桿時(shí)可沿工作面長(zhǎng)度方向敷設(shè)梯子梁；其次，在端頭支架前移時(shí)及時(shí)采用單體支柱及鉸接頂梁對(duì)架后頂板進(jìn)行臨時(shí)支撐，支柱間距為1000mm，排距1200mm。另外，必須在充填體采空區(qū)側(cè)支設(shè)兩道12～15m長(zhǎng)的走向梁，走向梁間距為200mm，采用單體液壓支柱加金屬鉸接頂梁方式構(gòu)筑。

4 巷旁充填工藝實(shí)施

4.1 巷旁充填工藝

高水速凝材料巷旁充填工藝流程如圖4所示。

4.2 充填工藝實(shí)施方法

（1）拆除最早充填框架和相應(yīng)的固定點(diǎn)柱，安裝好本班充填框架并懸掛充填袋，架設(shè)、豎立固定點(diǎn)柱，依次向前推進(jìn)形成正常循環(huán)。

（2）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需要完成以上工作后，打電話通知注漿泵站開泵，并告知泵站需要的漿料量和實(shí)際充填高度。

（3）在罐裝充填過程中，密切觀察充填柔模袋周圍隨時(shí)發(fā)生的情況，發(fā)現(xiàn)情況及時(shí)處理。

（4）充填料快接頂時(shí)，向泵站發(fā)出信號(hào)，根據(jù)頂板實(shí)際情況決定是否拆頂板的道木。在充填體完全接頂后，將高壓注漿軟管從充填柔模袋中取出，用細(xì)鐵絲或細(xì)線充固定在填口。

（5）沖洗混合器和管路，在看到清水后通知注漿泵站停泵。

圖4 巷旁充填工藝流程

4.3 鋼管墩柱

自工作面開始推進(jìn)后開始沿空留巷。先支設(shè)單體液壓支柱作為臨時(shí)支護(hù)，待工作面推進(jìn)一定距離后，布置充填柔模袋形成矸石墻，緊貼矸石墻支設(shè)空鋼管墩柱。每支設(shè)10根墩柱進(jìn)行灌注混凝土，待再次支設(shè)10根墩柱后開始回撤單體支柱，同時(shí)對(duì)墩柱進(jìn)行灌注，以此形成循環(huán)。

5 沿空留巷的礦壓觀測(cè)及效果分析

自切眼與留巷三岔門向外200m范圍內(nèi)，每50m施工一個(gè)頂板離層儀。開始灌注墩柱后，對(duì)灌注完的墩柱安裝壓力表以監(jiān)測(cè)巷旁支護(hù)壓縮量和頂板下沉量，如圖5所示。

圖5 沿空留巷頂板下沉量及巷旁支護(hù)體壓縮量

由上圖可以看出，工作面推進(jìn)后，在42m范圍內(nèi)，頂板下沉顯著，受頂板下沉巷旁支護(hù)體壓縮量明顯。待工作面推進(jìn)50m后，頂板下沉逐漸平緩，推進(jìn)100m后，頂板、墩柱趨于穩(wěn)定，巷道受壓趨于穩(wěn)定。

6 結(jié)語(yǔ)

（1）通過工程實(shí)踐表明，在淺埋煤層采用充填柔模袋與混凝土墩柱作為巷旁支護(hù)，留巷速度快，施工工藝簡(jiǎn)單，為以后王樓煤礦施工沿空留巷提供參考。

（2）工作面在推進(jìn)42m內(nèi)，頂板來(lái)壓明顯，巷道變形較大，墩柱受力壓縮量變化大。推進(jìn)100m后，頂板下沉194mm，墩柱壓縮186mm，沿空留巷圍巖及墩柱受力趨于穩(wěn)定，變形量控制在可控范圍內(nèi)，達(dá)到理想效果。

（3）通過試驗(yàn)表明混凝土墩柱具有很高的承載力，能有效地控制頂板的下沉和控制沿空留巷的穩(wěn)定性。