呂 龍

（安徽省礦業(yè)機電裝備有限責(zé)任公司，安徽 淮北 235000）

淮北礦業(yè)集團(tuán)楊柳煤礦10414 工作面地質(zhì)條件復(fù)雜，沿空留巷技術(shù)成功應(yīng)用案例較少，針對這一情況，安徽省礦業(yè)機電裝備有限責(zé)任公司受邀承擔(dān)該煤礦10414 工作面沿空留巷充填液壓支架的設(shè)計與研究工作[1-6]。

1 工程概況

楊柳煤礦位于安徽省淮北市孫疃鎮(zhèn)楊柳村，為淮北礦業(yè)集團(tuán)生產(chǎn)型礦井，礦井南北走向長9 km，東西走向?qū)?.2～9 km，礦井可采儲量140 Mt，主采10#煤層，為高瓦斯突出礦井，設(shè)計產(chǎn)能1.8 Mt/a。10414工作面位于104 采區(qū)東翼，埋深485 m，工作面走向長2100 m，傾斜長180 m；煤層厚度為1.95～4.25 m，平均厚度為2.93 m；工作面傾角1°～7°，平均傾角4°。直接頂是厚度為5.77 m 的灰黑色砂質(zhì)泥巖及泥巖，植物化石發(fā)育；基本頂是厚度為2.59 m 的中粒粉砂巖，灰黑色，中厚層狀，均勻?qū)永?；直接底是厚度?.01 m 的砂質(zhì)泥巖和泥巖；老底是厚度為4.02 m 的深灰色中粒細(xì)砂巖，含淺白色團(tuán)塊狀結(jié)核，平均厚度3. 94 m。

10414 工作面進(jìn)風(fēng)巷斷面為矩形，掘進(jìn)寬度為5200 mm，掘進(jìn)高度為3000 mm，錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)。10414 工作面進(jìn)風(fēng)巷斷面為矩形，掘進(jìn)寬度為4800 mm，掘進(jìn)高度為3000 mm，錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)。根據(jù)煤層賦存條件，10414 工作面采用單一傾斜長壁后退式綜合機械化充填開采的采煤方法。

10414 工作面埋深大、為高瓦斯突出礦井、松軟破碎頂?shù)装?，因此工作面沿空留巷的技術(shù)難度非常大，必須制定針對性的措施。

2 沿空留巷支護(hù)系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1 沿空留巷的影響因素分析

（1）沿空留巷的施工情況受埋深和煤層厚度的影響。10414 工作面埋深為485 m，開采的10#煤平均煤厚為2.93 m，為大埋深中厚煤層巷道，沿空留巷的施工作業(yè)較容易，施工成本合理，效果易保證。

（2）沿空留巷的成功與否受直接頂厚度及其巖性的影響。10414 工作面直接頂厚度為5.77 m，直接頂厚度較小，垮落時容易造成上覆巖層破斷，巷道圍巖及充填墻體變形情況無法控制，變形量會較大，必須在留巷過程中進(jìn)行嚴(yán)格控制?；?0414工作面直接頂巖性的砂質(zhì)泥巖及泥巖特性，針對性地對巷道進(jìn)行補強措施。

（3）沿空留巷的成功與否受工作面傾角的影響。10414 工作面平均傾角4°，這對沿空留巷工藝的實施沒有影響，但是采空區(qū)冒落矸石易飛濺到充填支架，必須制定相應(yīng)的防范措施。

2.2 沿空留巷支護(hù)系統(tǒng)

10414 工作面沿空留巷支護(hù)系統(tǒng)如圖1，主要包括巷內(nèi)支護(hù)、巷旁支護(hù)、待充填區(qū)域支護(hù)、采空區(qū)支護(hù)和其他輔助設(shè)施。

圖1 10414 工作面沿空留巷支護(hù)系統(tǒng)構(gòu)成示意圖

2.3 巷道補強支護(hù)

10414 工作面回風(fēng)巷在掘進(jìn)前沒有考慮到沿空留巷問題，兩幫為點錨桿支護(hù)，強度低，巷道兩幫底鼓無法有效控制，變形量會較大，必須對巷道兩幫和頂?shù)装暹M(jìn)行補強支護(hù)，實現(xiàn)對巷道圍巖變形的有效控制，實現(xiàn)留巷復(fù)用。

補強支護(hù)措施：頂板每隔2 排錨桿打1 根Φ21.6 mm×6300 mm 錨索鋼絞線。兩幫為錨桿+錨索加強支護(hù)，距底板超過 300 mm 時補打1 根Φ20 mm×2400 mm 錨桿，配合Φ16 mm 圓鋼焊制的鋼筋梯子梁，長度4800 mm；兩幫每隔2 排錨桿打1 排2 根Φ21.6 mm×6300 mm 錨索鋼絞線。煤柱側(cè)補打1 根Φ21.6 mm×5200 mm 錨索鋼絞線，實體煤側(cè)補打1 根Φ21.6 mm×4200 mm 錨索鋼絞線，配合Φ16 mm 圓鋼焊制的鋼筋梯子梁，長度4800 mm。

2.4 充填墻體構(gòu)筑

基于10414 工作面地質(zhì)實況，沿空留巷充填材料選擇高水速凝固化充填材料，具有支護(hù)強度高、速凝早強、密閉性好的特點。

經(jīng)計算，10414 工作面沿空留巷充填體寬度確定為1.61 m，但是基于回風(fēng)巷頂板巖層的實況，確定沿空留巷充填體寬度為2.0 m，充填體高度為3 m。同時采用對拉錨桿+鋼帶對充填墻體進(jìn)行加固，對拉錨桿選用Φ21.6 mm+335 MPa 螺紋鋼兩端滾絲100 mm。

2.5 充填液壓支架及支護(hù)系統(tǒng)設(shè)計

10414 工作面回風(fēng)端頭沿空留巷充填液壓支架組進(jìn)行支護(hù)。主要包括有：過渡支架選用ZCG7600/20/40D 支撐式膏體充填液壓支架，有擋矸支架A 為ZCG7600/20/40AD 型支架，有擋矸支架B 為ZCG7600/20/40BD 型支架。該充填液壓支架組合支護(hù)強度高，可以實現(xiàn)自行前移，并能對采空區(qū)矸石進(jìn)行隔離，安全性較高。

2.5.1 充填液壓支架空間布置

10414 工作面沿空留巷充填支架設(shè)備布置情況如圖2。由圖2 可知，機尾1～5 架布置為充填過渡支架，從機尾第6 架起布置中部支架；擋矸支架A布置在充填墻體下側(cè)，擋矸支架B 布置在充填采空區(qū)下側(cè)；擋矸支架B 跟隨前部充填過渡支架進(jìn)行實時的同步移動，而擋矸支架A 需要等待充填墻體施工且完全凝固后才能夠進(jìn)行移動。

圖2 沿空留巷充填支架設(shè)備布置示意圖（mm）

2.5.2 充填液壓支架技術(shù)參數(shù)

10414 工作面沿空留巷充填過渡支架和中部支架均選用ZCG7600/20/40D 支撐式膏體充填液壓支架，技術(shù)參數(shù)：工作阻力為7600 kN，高度2.0～4.0 m，中心距1.5 m，支護(hù)強度為0.94 MPa。

充填過渡支架和中部支架均采用整體頂梁+伸縮梁+一級護(hù)幫的形式，并設(shè)置有可翻轉(zhuǎn)護(hù)幫板，如圖3 所示。翻轉(zhuǎn)護(hù)板中間設(shè)置有600 mm×450 mm 大小的孔，相鄰護(hù)板間距450 mm。該設(shè)計可以保證錨桿和錨索施工作業(yè)的安全性，同時便于實現(xiàn)架前鋪網(wǎng)施工作業(yè)。

圖3 可翻轉(zhuǎn)護(hù)板結(jié)構(gòu)示意圖（mm）

擋矸支架A 和擋矸支架B 的技術(shù)參數(shù)與ZCG7600/20/40D 液壓支架技術(shù)參數(shù)基本一致。

2.5.3 充填工藝

10414 工作面沿空留巷充填工藝為：采煤機割煤→推溜→機尾第2～3 架前鋪設(shè)柔性頂網(wǎng)→拉架→機尾第1 架后，打單體；第2～3 架后打錨桿+錨索→充填→采煤機割煤。

3 效果分析

3.1 試驗效果分析

（1）10414 工作面沿空留巷液壓支架與巷旁充填墻體寬度設(shè)計較為合理，巷旁充填墻體強度與沿空留巷液壓支架可較好地實現(xiàn)匹配，巷旁充填墻體強度能夠承受初次來壓和周期來壓強度。礦壓觀測數(shù)據(jù)表明：巷道頂?shù)装遄畲笠平繛?60 mm，巷道兩幫最大移近量為128 mm，巷道頂?shù)装寮皟蓭妥冃瘟啃?，巷道圍巖變形控制較好，留巷效果理想。

（2）10414 工作面“Y”型通風(fēng)系統(tǒng)的應(yīng)用，有效地消除和解決了10414 工作面上隅角及回風(fēng)流中瓦斯超限的安全隱患；“Y”型通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計還使得10414 工作面不需要設(shè)計瓦斯抽采巷，大幅度降低了工作面掘進(jìn)作業(yè)工程量，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

（3）10414 工作面沿空留巷技術(shù)的設(shè)計，實現(xiàn)了工作面無煤柱開采，完全取消了區(qū)段煤柱的設(shè)計。10414 工作面煤炭資源的采出率從64.5%提高至84.6%，采出率提高了20.1%，節(jié)約了煤炭資源，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

3.2 充填液壓支架使用分析

ZCG7600/20/40D 支撐式膏體充填液壓支架的應(yīng)用滿足了10414 工作面沿空留巷工藝的要求，有效地減輕了工作人員的勞動強度，減少了液壓支架崗位人員的數(shù)量，節(jié)約了人力成本，安全經(jīng)濟(jì)效益顯著。

4 結(jié)語

淮北礦業(yè)集團(tuán)楊柳煤礦10414 工作面地質(zhì)條件復(fù)雜，主要表現(xiàn)為埋深較大、高瓦斯、破碎松軟頂?shù)装濉ａ槍?fù)雜地質(zhì)條件巷道的沿空留巷，進(jìn)行了充填液壓支架的設(shè)計與研究。從沿空留巷施工影響因素出發(fā)，設(shè)計了充填液壓支架支護(hù)系統(tǒng)組成、空間布置情況。礦壓觀測數(shù)據(jù)表明：巷道頂?shù)装遄畲笠平繛?60 mm，巷道兩幫最大移近量為128 mm，巷道頂?shù)装寮皟蓭妥冃瘟啃?，巷道圍巖變形控制較好，留巷效果理想。10414 工作面沿空留巷技術(shù)的成功應(yīng)用，有效提高了該煤礦煤炭資源回收率，減少巷道掘進(jìn)工程量，為復(fù)雜地質(zhì)條件沿空留巷技術(shù)的應(yīng)用提供了案例支持。