任政峰

（煤炭工業(yè)太原設計研究院集團有限公司，山西 太原 030002）

沿空留巷[1-2]是煤炭企業(yè)實現(xiàn)綠色開采的重要方法之一，不僅可以延長礦井服務年限，同時可以提高礦井掘進效率，有助于實現(xiàn)礦井安全高效開采。

1 工程概況

大恒煤業(yè)3405工作面位于四采區(qū)中部，工作面西部為礦界，東部為四采區(qū)三條大巷，南部相隔20 m保安煤柱為3404工作面采空區(qū)，北部相隔260 m為3405工作面回風順槽。工作面傾向長1155 m，走向長260 m，地面標高+1080～ +1200 m，井下標高+622～ +761 m。工作面開采3號煤層，煤層厚5.1～6.4 m，傾角0°～15°，煤層節(jié)理、裂隙較為發(fā)育，部分區(qū)域質地松軟，普氏硬度約為2。煤層直接頂為泥巖，厚3.66 m；基本頂為細砂巖，厚7.6 m；直接底為泥巖和細粉砂巖，厚7.84 m；基本底為灰色石英砂巖，厚2.25 m。3405工作面為綜放工作面，采用兩進一回“Y”型通風。軌道順槽沿煤層底板掘進，巷寬5.8 m，巷高3.2 m，留巷后作為回風順槽使用，形成工作面回風系統(tǒng)。

2 沿空留巷技術

2.1 預裂爆破切頂

在3405工作面軌道順槽前方布置預裂爆破鉆孔，切斷沿空留巷巷道頂板懸臂梁[3-4]載荷及旋轉變形壓力，消除懸頂，改善圍巖應力環(huán)境。預裂爆破鉆孔位于軌道順槽靠工作面?zhèn)燃缃牵叫胁贾靡慌?，炮孔偏向工作面?zhèn)?，仰角?5°，炮孔長12 m，直徑50 mm，間距為1.2 m。預裂爆破采用不耦合方式裝藥結構，裝藥長度6 m，封孔長度6 m，單孔裝藥量為6.6 kg。爆破鉆孔布置如圖1。

圖1 超前預裂爆破鉆孔布置圖

2.2 留巷頂板控制

軌道順槽超前支護采用一梁四柱，工作面端頭過渡架側面及留巷后頂板采用一梁三柱的方式進行支護，單體柱型號為DW35-300/110X，π型梁為3800 mm。在距留巷墻體600 mm處和距保安煤柱600 mm處各支設單體柱，在所支設2根單體柱中間再支設1根單體柱，中間支設的單體柱分別距兩側單體柱1550 mm；π型梁排距為900 mm±100 mm，留巷支護長度不少于120 m。端頭3架不放頂煤，在過渡架上鋪設雙層金屬頂網（規(guī)格為8000 mm×1050 mm），遇地質條件變化時，在機尾最后兩架支架搭設1根補強錨索，用來維護機尾過渡架后方的空間。端頭第2和第3個過渡架后方布置兩個擋矸支架，邁步自移式，阻擋采空區(qū)矸石進入巷道，同時為柔?；炷翝仓A留出空間。沿空留巷頂板臨時加強支護平面圖如圖2。

圖2 沿空留巷頂板臨時加強支護平面圖

2.3 柔?；炷翝仓?/h3>

（1）柔模支掛

3405工作面軌道順槽寬5.8 m，留巷寬度4.3 m，柔?；炷脸涮铙w[5-6]寬度1.5 m。3405工作面正常推進速度為每天3個循環(huán)，即2.4 m，綜合確定柔模尺寸長×寬×高為：2.4 m×1.5 m×3.5 m。在擋矸支架預留空間內，支掛柔模，留巷側采用單體柱支模；采空區(qū)側空間允許的前提下，盡量用單體柱支模；采空區(qū)側空間不足時，采用錨桿懸掛柔模；每側單體柱的數(shù)量不得少于2根/m，不能影響注漿管綁扎。采空區(qū)側掛模單體柱的回收時間為墻體澆筑成型1 d后，巷內側掛模單體柱的回收時間為墻體澆筑成型7 d后。

（2）柔模加固

柔模內采用錨栓桿、鋼筋梯子梁和鋼筋網進行加固。錨栓桿采用直徑22 mm、長1.65 m的500號高強螺紋鋼，間排距為0.7 m×0.75 m。錨栓配套直徑16 mm圓鋼焊接的鋼筋梯子梁，橫向和豎向相互搭接。鋼筋梯子梁安裝在錨栓托盤內，并在柔模和鋼筋梯子梁之間鋪設鋼筋網，保證墻體成型。

（3）混凝土材料

澆筑采用C40混凝土，采用42.5普通硅酸鹽水泥、砂子、石子和水混合，見表1。每班澆筑前和澆筑結束后，各需要泵送一次潤管砂漿，每次不少于0.5 m3，砂漿中水泥與砂子的配比為1:1。

表1 C40混凝土中各組分的摻量

（4）混凝土澆筑系統(tǒng)

在地面建立干混料制備站，井下布置柔模混凝土濕料制備輸送機組。地面干混料通過礦車運輸至井下濕料制備站，由濕料制備機組加水混合后，采用混凝土泵通過管路泵送至澆筑地點進行柔模澆筑。柔?；炷翝仓到y(tǒng)示意圖如圖3。

圖3 柔?；炷翝仓到y(tǒng)示意圖

3 效果分析

3.1 巷道控制效果分析

為考察留巷效果，在軌道順槽內布置圍巖表面位移觀測測站，并在3405工作面機尾端頭支架布置支架壓力傳感器。通過支架壓力分析可知，切頂卸壓后，工作面端頭支架壓力穩(wěn)定，未出現(xiàn)受力激增現(xiàn)象，機尾端頭周期來壓顯現(xiàn)不明顯。巷道表面位移數(shù)據(jù)顯示，留巷巷道圍巖變形不大，巷道圍巖控制良好，同時柔?；炷脸涮铙w未出現(xiàn)破碎現(xiàn)象，留巷巷道能夠滿足本工作面回風和下一個工作面生產使用。

3.2 效益分析

（1）成本消耗費用

① 柔模充填費用

柔?；炷裂乜樟粝锿顿Y可分為設備費用、材料費、人工費等，所需設備為地面干混料制備系統(tǒng)、井下混凝土濕料制備機組、端頭支架、擋矸支架、切頂鉆孔等，均可重復利用。柔模充填費用主要計算柔模沿空留巷的材料和人工費用，由表2單個充填體需使用材料及人工費用計算，每米巷道充填材料費用為8092元。

表2 柔?；炷脸涮铙w材料費用明細

② 巷道頂板維護費用

留設巷道頂板維護包括爆破施工、機尾端頭架鋪網、留巷巷幫及頂板錨索補強，以及擋矸支架及巷內臨時支護等，具體明細見表3。經計算，每米費用為5426元。

表3 柔?；炷脸涮铙w材料費用明細

（2）經濟效益

采用柔模沿空留巷，可以少掘一條順槽巷道，多回收40 m煤柱。礦井掘進一條順槽巷道的綜合成本8200元/m；每米煤柱可多回收煤炭資源300 t，每噸利潤100元計算，利潤為30 000元。沿空留巷巷道綜合成本為12 918元/m，由此計算可知，每米巷道可產生經濟效益為25 282元，經濟效益明顯。

4 結語

留巷巷道圍巖穩(wěn)定是沿空留巷成功實施的關鍵，通過對大恒煤業(yè)3405工作面沿空留巷實踐，從超前切頂卸壓、巷道頂板控制和柔?；炷恋臐仓θ崮；炷裂乜樟粝锛夹g進行了分析。通過觀測端頭支架壓力和留巷圍巖變形可知，柔模混凝土沿空留巷圍巖穩(wěn)定，能夠滿足礦井生產使用要求，在提高礦井煤炭資源回收率的同時減少了巷道掘進工程量，緩解礦井采掘緊張局面；同時通過詳細的對比分析可知柔模沿空留巷經濟效益明顯，為礦井推廣應用奠定了基礎。