馮志龍

【摘 要】 深部礦井普遍存在采掘接替緊張局面，將沿空留巷技術(shù)應(yīng)用到深部礦井中可在一定程度上提高礦井煤炭開采效率以及安全保障能力。文章以13207綜采工作面回采為工程實例，提出使用巷幫充填留巷技術(shù)將回風(fēng)巷保留下來為鄰近采面服務(wù)，依據(jù)開采煤層實際情況對充填留巷施工方案進行設(shè)計，現(xiàn)場應(yīng)用后充填留巷段圍巖取得較好控制效果，巷道可滿足采面煤炭開采需要的同時在經(jīng)濟以及安全性方面均取得較好效益。研究結(jié)果表明：1）巷旁充填留巷技術(shù)應(yīng)用過程中通過超前補強錨索降低采動壓力給留巷段頂板影響，降低了留巷段頂板下沉量;2）充填留巷過程中通過合理確定添加劑使用量實現(xiàn)了混凝土長距離泵送，從而滿足長距離留巷需要，充填段頂板錨網(wǎng)索以及充填墻體等共同作用可實現(xiàn)留巷段頂板的有效控制，使用掩護支架可為充填留巷作業(yè)提供相對安全環(huán)境;3）采用膜袋進行巷旁充填可適應(yīng)井下復(fù)雜環(huán)境，同時在采空區(qū)內(nèi)無需施工模板，提高了充填效率以及安全保障能力。研究成果可為其他礦井類似條件下充填留巷工作開展提供經(jīng)驗借鑒。

【關(guān)鍵詞】 深部開采;沿空留巷;巷旁充填;圍巖控制

【中圖分類號】 TD353 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】 A 【文章編號】 2096-4102（2021）05-0001-03

沿空留巷可提升煤炭開采效率并可緩解礦井采掘接替緊張局面，具有顯著的經(jīng)濟效益。為充分發(fā)揮巷旁充填留巷技術(shù)優(yōu)勢，應(yīng)重點解決下述兩個方面內(nèi)容：巷旁充填體應(yīng)具有較強的可靠性，除提供足夠的支護阻力外還應(yīng)適應(yīng)頂板巖層壓力變化，不容易出現(xiàn)變形以及漏風(fēng)等問題;巷旁充填施工應(yīng)現(xiàn)代化，滿足采面快速推進回采需要。為此，文中以山西某礦13207綜采工作面回風(fēng)巷巷旁充填沿空留巷為工程背景，對巷旁充填留巷技術(shù)進行探討。

1 工程概況

1.1 地質(zhì)條件

13207綜采工作面底板埋深平均為820m，屬于深部開采范疇，主采13#煤層，煤層厚度3.6m、傾角5°，賦存穩(wěn)定，煤層原始瓦斯含量10.5m3/t，自燃發(fā)火傾向性為I類，發(fā)火周期最短為30d。13207綜采工作面設(shè)計走向推進1603.5m、傾向斜長180m，開采高度平均3.6m。13#煤層頂?shù)装鍘r性以泥巖、細(xì)砂巖為主，具體見表1。

1.2 巷道原支護方案

13207回風(fēng)巷為矩形斷面（凈寬×凈高=5.0m×3.6m），采用錨網(wǎng)索支護方式，具體支護參數(shù)為：頂板采用螺紋鋼錨桿（φ20mm×2400mm）、鋼帶（寬×長=80mm×4800mm）、金屬網(wǎng)（網(wǎng)孔50mm×50mm）以及錨索（φ17.8mm×6200mm）聯(lián)合支護。頂板錨桿每排6根，間距900mm、排距1000mm，靠近巷幫的兩根頂錨桿外插30°角、其余垂直頂板;頂板錨索每排5根，靠近巷幫的兩根錨索外插30°。巷幫用螺紋鋼錨桿（φ20mm×2400mm）、金屬網(wǎng)（長×寬=2000mm×1000mm）、鋼帶（寬×長=80mm×100mm）進行支護，巷幫每排布置5根錨桿且均垂直布置。

2 巷旁充填留巷關(guān)鍵技術(shù)

2.1 緩凝早強混凝土

受到井下空間、巷旁充填位置等諸多因素制約，充填混凝土需要進行長距離泵送，因此需要混凝土具有一定緩凝性;為了及早實現(xiàn)充填體對頂板支撐，承受頂板壓力，使用的混凝土應(yīng)具備一定的早強特征?，F(xiàn)階段一般通過各種添加劑來調(diào)整混凝土特性，從而達(dá)到現(xiàn)場泵送以及灌注需要。在13207回風(fēng)巷留巷前即通過試驗合理確定添加劑使用量，確?；炷猎?2h內(nèi)抗壓強度即可達(dá)到5.8MPa以上，24h強度可達(dá)到10MPa以上。在巷旁充填24h即可前移掩護支架。

2.2 充填材料遠(yuǎn)距離泵送

13207綜采工作面平均推進速度為4.0m/d，推進速度較快，而回風(fēng)巷留巷充填工序復(fù)雜、需要材料多、輔助運輸工作量大，若充填、施工或者其他任一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題均會制約采面推進。由于巷旁充填施工點空間狹小，而混凝土上料、攪拌等均需要較大的空間，為此將巷旁混凝土充填、混凝土攪拌等分開進行，避免工序相互干擾。攪拌完成后的混凝土使用專用管道、混凝土泵進行泵送。充填材料遠(yuǎn)距離泵送即可滿足巷旁充填需要、降低巷旁充填對采面生產(chǎn)影響，而且可減少充填點作業(yè)人員數(shù)量。

2.3 頂板補強加固

為確定巷旁充填施工點頂板巖層穩(wěn)定，采用錨索超前采面對回風(fēng)巷頂板進行補強支護;在采面后方使用掩護支架為充填段頂板錨桿、錨索以及金屬網(wǎng)等鋪設(shè)提供相對安全環(huán)境，具體見圖1所示。在充填段頂板錨網(wǎng)索、充填混凝土等綜合作用下確保留巷段頂板巖層穩(wěn)定。

3 巷旁充填留巷技術(shù)方案

根據(jù)前文分析成果，提出使用頂板強化支護、巷旁膠結(jié)體充填相結(jié)合方法對留巷段圍巖進行控制。具體13207回風(fēng)巷頂板補強支護以及充填布置見圖2所示。

3.1 頂板補強支護

13207回風(fēng)巷在原有支護基礎(chǔ)上，超前采面50m使用錨索補強支護。具體補強使用的錨索規(guī)格為φ17.8mm×6200mm，沿著巷道縱向布置2排，間距2000mm、排距950mm;兩排錨索距離采空區(qū)巷幫間距分別控制在450mm、1400mm。補強支護的錨索采用由GDII140/20鋼帶制作的錨索梁進行連接。

在巷旁充填體頂板上覆采用錨桿、錨索支護，支護參數(shù)與巷道頂板原支護參數(shù)一致。

3.2 巷旁充填

3.2.1巷旁充填方案

巷旁充填使用的膜袋沿著巷道縱向方向長3000mm、深入到采空區(qū)內(nèi)4100mm、最大充填高度為4000mm。在采空區(qū)幫一側(cè)采用木柱、單體通過交錯布置進行護巷，木柱、單體交錯間距控制在500mm;在距離采空區(qū)幫800mm位置按照1500mm間距布置一排單體。將膜袋懸掛到充填段頂板金屬網(wǎng)上，并向膜袋內(nèi)灌注充填材料，充填材料中矸石、水泥、水、粉煤灰配比為69∶9∶20∶2。膠結(jié)后充填袋內(nèi)充填體抗壓強度可達(dá)到4MPa以上。

3.2.2充填工藝

每班安排一組人員進行巷旁充填工作，具體巷旁充填工藝流程為：地面水泥、破碎矸石運輸井下→混凝土攪拌制作→混凝土泵送→膜袋充填。在綜合考慮充填材料運輸、攪拌空間、管道鋪設(shè)以及通風(fēng)排水等后，決定在13207工作面鄰近的13209開切眼內(nèi)布置混凝土泵站，具體充填路線見圖3所示。

4 留巷效果分析

留巷段圍巖變形監(jiān)測結(jié)果見圖4所示。

從圖4中看出，隨著測點滯后采面距離增加，充填留巷段巷道圍巖變形呈現(xiàn)緩慢變形、快速增加以及基本穩(wěn)定等三個階段。第一階段為在滯后采面10m范圍，此階段內(nèi)巷道圍巖變形整體較小;第二階段為滯后采面60m范圍內(nèi)，在此階段頂板、巷幫變形量均快速增加，在本階段后期隨著與采面距離增加，頂板、巷幫變形量增加速度也明顯降低，此階段頂板、巷幫變形量分別為300mm、230mm;第三階段為滯后采面60m以外范圍，此階段隨著與采面距離增加圍巖變形量基本保持穩(wěn)定。在13207回風(fēng)巷采用巷旁充填、頂板補強支護等方式后，可滿足留巷段圍巖控制需要，最終留巷段斷面可達(dá)到原巷道斷面88%以上，可滿足后期通風(fēng)、行人等需要，取得較好留巷效果。

13207工作面從2020年1月開始進行回采、回風(fēng)巷充填留巷工作，至同年12月回風(fēng)巷留巷工作結(jié)束，其間共留巷長1530m，留巷段每米可直接創(chuàng)造經(jīng)濟效益約8000元，通過留巷總體可獲取至少1200余萬元經(jīng)濟效益。

5 結(jié)論

采用緩凝早強混凝土作為充填材料構(gòu)筑混凝土墻，具體充填材料中矸石、水泥、水、粉煤灰配比為69∶9∶20∶2，將膜袋作為巷旁充填模板，提高充填安全性以及施工便捷性。同時，采用錨索對巷道頂板進行補強，采面后方留巷段作業(yè)人員均在掩護支架掩護下工作，安全系數(shù)較高。

現(xiàn)場應(yīng)用后，巷旁充填留巷可滿足采面快速回采需要，留巷段頂板、巷幫變形量分別控制在305mm、239mm以內(nèi)，留巷段斷面達(dá)到原巷道斷面88%以上;13207回風(fēng)巷留巷長度共計1530m，實現(xiàn)了長距離留巷目標(biāo)，同時礦井通過充填留巷可獲取至少1200萬元經(jīng)濟效益。

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