李 春

（山西高河能源有限公司，山西 長治 046000）

充填開采技術(shù)[1-2]能夠提高煤炭資源回收率，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，是實現(xiàn)煤礦綠色開采的重要途徑之一。在厚煤層分層充填開采過程中，沿空留巷有利于進(jìn)一步提高煤炭資源回收率，也是一種新型的無煤柱開采技術(shù)[3-5]，既有充填開采控制地表變形的優(yōu)點，又能降低巷道掘進(jìn)工程量，有利于充填開采技術(shù)的推廣實施。

1 工程概況

1.1 地質(zhì)情況

高河能源E1302 充填面位于村莊保護(hù)煤柱內(nèi)，面長230 m，推進(jìn)長度430 m；回采3 號煤層，煤厚6.2～7.5 m，平均6.38 m；工作面內(nèi)煤層傾角3°～15°，平均傾角8°。3 號煤層直接頂為泥巖和砂質(zhì)泥巖-細(xì)粉砂巖，平均厚度分別為2.08 m和7.35m；基本頂為細(xì)粒砂巖-粉砂巖，平均厚度12.98 m；直接底為泥巖-粉砂巖，平均厚3.02 m；基本底為砂質(zhì)泥巖-細(xì)粒砂巖，平均厚8.68 m。工作面地面煤層埋藏深度為408.29～437.6 m。探測顯示，E1302 充填面未發(fā)現(xiàn)陷落柱和斷層，經(jīng)抽采后該工作面瓦斯含量為6.171 6 m3/t，無煤與瓦斯突出危險性，煤塵具有爆炸性，屬不易自燃煤層。

1.2 巷道布置

E1302 充填工作面分為2 個分層，采用下行開采，先采頂分層，后采底分層。頂分層開采時采用E1302 工作面原有的4 條回采巷道系統(tǒng)，頂分層開采后兩側(cè)順槽沿空留巷為底分層服務(wù)。

E1302 頂分層充填工作面開切眼離E1302 第2停采線20 m，沿煤層底板掘進(jìn)，開切眼處于底分層位置，從回采開始按照5°～6°的坡度逐漸抬升，約30 m 后過渡至頂分層正常層位。工作面兩端頭也按照5°～6°的坡度逐漸抬升，抬升過渡段距離為30 m 左右。E1302 底分層充填面開切眼在E1302頂分層面中部過渡到正常層位后沿煤層底板掘進(jìn)，其位于頂分層開切眼向外30 m 位置，停采線早停5 m，底分層充填面推進(jìn)長度395 m。工作面巷道布置圖如圖1。

圖1 工作面巷道布置圖

2 沿空留巷工藝

2.1 待充區(qū)隔離

（1）隔離材料

充填開采工作面在充填前需在架后建立密閉待充隔離區(qū)，采用專用充填支架配合高強隔離布和彩條布以及草氈等完成待充區(qū)隔離密閉。工作面端頭采用專用端頭支架，防止充填過程中充填體側(cè)向鼓包。

（2）支架與頂板間隔離

首先降下充填支架上隔離板，在上隔離板上安裝柔性條，將隔離布的一端（不小于500 mm）鋪在上隔離板上，然后在隔離布上面鋪上彩條布和草氈，最后升起上隔離板，用草氈密封好支架與頂板之間的空隙。頂板出現(xiàn)高頂區(qū)時，在待充填區(qū)打設(shè)好臨時支護(hù)后，收回支架尾梁，在支架與頂板之間的高頂區(qū)使用道木打設(shè)隔離墻；然后在隔離墻外側(cè)鋪設(shè)一層隔離布和彩條布，隔離布外側(cè)鋪一層草氈，頂板、支架與隔離墻之間的間隙用草氈封堵。完成后，打出支架尾梁，回撤臨時支護(hù)，然后按照上述的隔離方法進(jìn)行隔離。

（3）支架與底板間隔離

在緊貼支架底座后部靠近下隔離板下方的位置，平行于工作面挖一條寬、深均不小于100 mm的地溝，把草氈、彩條布和隔離布的一端（不小于500 mm）埋入挖好地溝內(nèi)，草氈在最下面，彩條布在中間，落下下隔離板壓緊隔離布。

（4）隔離布與隔離布間隔離

隔離布與隔離布之間使用刷子將膠結(jié)料涂抹到隔離布上進(jìn)行粘結(jié)，隔離布與隔離布之間搭接不小于1 m。隔離過程中，若相鄰支架之間隔離板間隙大于200 mm，使用剎桿封堵后再進(jìn)行隔離，保證相鄰兩支架之間隔離嚴(yán)密。

（5）端頭側(cè)向隔離

端頭尾架在隔離時，先打出側(cè)向千斤頂支撐好端頭尾架，隔離布使用專用的隔離布，隔離布中間留有通風(fēng)口，保證在隔離過程中隔離板門始終保持打開狀態(tài)。在通過橫貫或超寬巷道時，由于端頭尾架側(cè)支護(hù)千斤頂沒有支撐點，采用搭設(shè)單體柱戧柱的方法支撐端頭尾架進(jìn)行隔離。隔離區(qū)寬度大于端頭尾架隔離寬度時，采用鋼性模板配合隔離，根據(jù)實際情況選擇不同寬度的鋼性模板，將鋼性模板放置在端頭尾架與中間架的空檔區(qū)，兩端伸出不得小于500 mm。在鋼性模板外側(cè)垂直頂板打設(shè)密集單體柱，在鋼性模板與中間架接觸部位打設(shè)戧柱，支撐鋼性模板。

2.2 端頭隔離區(qū)充填

完成工作面待充區(qū)隔離后，作充填準(zhǔn)備，按照充填作業(yè)流程從機頭至機尾逐步完成架后充填作業(yè)。待充填體凝固后，進(jìn)行工作面移架工作，端頭架拉出后，充填體可支撐上方頂板，完成沿空留巷工作。

2.3 沿空留巷頂板補強支護(hù)

工作面沿空留巷順槽超前支護(hù)長度維持在30 m，采用“一梁二柱”、單體柱+π 型梁棚支護(hù)方式，排距800 mm，膠帶順槽π 型梁長4.2 m，進(jìn)風(fēng)順槽π 型梁長4.6 m。沿空留巷內(nèi)在滯后工作面200 m范圍內(nèi)，采用一梁（膠帶順槽沿空留巷使用4.2 mπ型梁，進(jìn)風(fēng)順槽沿空留巷使用4.6 mπ 型梁）三柱，即在超前支護(hù)的中部增加一根單體柱，單體柱π 型梁棚棚距800 mm。工作面沿空留巷及頂板補強支護(hù)示意圖如圖2。

圖2 工作面沿空留巷及頂板補強支護(hù)示意圖

3 端頭圍巖控制

E1302頂分層工作面的開切眼沿煤層底板掘進(jìn)，在回采初期，需按5°～6°的坡度逐漸抬升至設(shè)計層位，全工作面頂板形成三角煤區(qū)域；并且在正?；夭善陂g，工作面兩端30 m 范圍將一直存在三角煤區(qū)域，如圖3。雖然充填開采工作面礦壓顯現(xiàn)較弱，但由于3 號煤節(jié)理裂隙發(fā)育，且充填采煤工作面比普通垮落法開采工作面控頂寬，頂煤反復(fù)支撐作用次數(shù)多，三角煤區(qū)域容易破碎冒頂，因此，需要加強對工作面初采和兩端頭三角煤區(qū)頂板管理。采取措施如下：

（1）加強頂板支護(hù)和煤壁維護(hù)。割煤后及時伸出支架前伸縮梁，保證頂板支護(hù)及時；并及時打開護(hù)幫板，支撐工作面煤壁，防止煤壁片幫。

（2）頂板鋪網(wǎng)，防止破碎頂煤冒落。自開切眼起35 m 范圍內(nèi)全工作面鋪雙層金屬網(wǎng)；35 m 后，工作面中部鋪一層金屬網(wǎng)，兩端過渡區(qū)仍然鋪雙層網(wǎng)。

（3）初采期間采取小步距充填。E1302 充填采煤工作面初采期間充填步距為兩刀，1.6 m。

（4）加強兩端三角區(qū)的頂板管理。在兩端頂板鋪雙層金屬網(wǎng)的基礎(chǔ)之上，在端頭尾4 組支架范圍內(nèi)平行工作面交替鋪設(shè)長3.2 m 的板梁，每刀一趟，每趟8 根，要求每根板梁兩端橫伸出支架兩側(cè)不得小于0.5 m。隨著工作面推進(jìn)，在大板處于支架尾梁位置時進(jìn)行回撤。

（5）加強現(xiàn)場頂板管理。安排專人對頂板下沉量、支護(hù)質(zhì)量等進(jìn)行觀測，每班不少于兩次，并根據(jù)實測結(jié)果及時整改動態(tài)管理機制。

（6）制定局部頂煤冒落處置措施。

圖3 頂分層充填工作面三角形頂煤區(qū)域分布示意圖

4 應(yīng)用效果

E1302 頂分層充填工作面自2020 年4 月初開始試生產(chǎn)，至2020 年6 月底已累計充填43 個循環(huán)，累計采煤108 刀，回采86.4 m，回采產(chǎn)量9.7 萬t，沿空留巷長94 m。通過對沿空留巷段充填體壓力進(jìn)行觀測可知，隨著工作面推進(jìn)，充填體逐步增載，在滯后工作面約50 m 時，充填體載荷趨于平穩(wěn)。通過對沿空留巷頂板下沉量觀測可知，在滯后工作面35 m 以內(nèi)，巷道頂板下沉速度較快，達(dá)到最大下沉量的75%，之后頂板下沉速度逐漸減小，在滯后工作面60 m 以外，頂板下沉量逐步趨于平穩(wěn)，最大下沉量達(dá)到45 mm。通過三角頂煤區(qū)的多項技術(shù)措施，有效控制了工作面初采期間和兩端頭頂板穩(wěn)定，保證了工作面安全回采。