趙海濤

（山西省煤炭工業(yè)廳綜合測(cè)試中心，山西 太原 030045）

馬道溝礦開采的13#煤層瓦斯含量高，治理耗時(shí)長(zhǎng)，采掘接替局面緊張。留巷布置方式可降低巷道掘進(jìn)工程量，提高煤炭生產(chǎn)效率。由于13#煤層具有自然發(fā)火傾向，如何降低漏風(fēng)量、避免煤層及采空區(qū)遺煤自燃成為留巷時(shí)需重點(diǎn)解決問題[1-3]。馬道溝礦通過技術(shù)研討分析，確定采用巷旁充填方式留巷，對(duì)留巷技術(shù)方案及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果等進(jìn)行分析。

1 工程概況

13203 綜采工作面埋深580 m，開采13#煤層，煤厚2.6 m，傾角3°～9°，賦存穩(wěn)定。13#煤層自然發(fā)火傾向性為I 類，發(fā)火周期38～106 d，煤層瓦斯原始含量9.54 m3/t。13203 綜采工作面面長(zhǎng)189 m，回采推進(jìn)距離1850 m，煤層頂?shù)装逡约?xì)砂巖、泥巖以及粉砂巖等為主，具體見表1。

表1 13#煤頂?shù)装鍘r性

2 留巷段強(qiáng)化支護(hù)方案

對(duì)13203 回風(fēng)巷留巷段圍巖進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，與巷旁充填體共同配合實(shí)現(xiàn)留巷段的圍巖控制，留巷段應(yīng)具備較高的支護(hù)剛度、預(yù)緊力，避免頂板巖層離層。結(jié)合13203 回風(fēng)巷斷面、現(xiàn)場(chǎng)施工條件以及頂板巖性，確定用錨桿（索）、鋼帶、金屬網(wǎng)組合方式對(duì)圍巖進(jìn)行控制。支護(hù)參數(shù)：巷幫、頂板錨桿均按照850 mm×850 mm 間排距布置，錨桿規(guī)格為Φ18 mm×2400 mm 螺紋鋼錨桿，全部掛網(wǎng)，巷幫及頂板錨桿預(yù)先施加的預(yù)緊力分別控制在60 kN、80 kN 以上；頂板錨索按照1700 mm×2550 mm 間排距布置，規(guī)格為Φ17.8 mm×8000 mm 鋼絞線，預(yù)先施加120 kN 以上預(yù)緊力。在實(shí)體煤幫以及頂板上均鋪設(shè)鋼帶強(qiáng)化支護(hù)。具體支護(hù)斷面如圖1。

圖1 強(qiáng)化支護(hù)斷面圖（mm）

3 巷旁充填技術(shù)方案

3.1 巷旁充填材料

巷旁充填材料會(huì)直接影響留巷效果，選用的巷旁充填材料應(yīng)具備成本低、便于獲取、早強(qiáng)支撐強(qiáng)度高、可縮量大等優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)階段礦井常用的充填材料依據(jù)組成可分為改性材料、凝膠材料以及惰性材料[4-7]。依據(jù)馬道溝礦現(xiàn)場(chǎng)情況，選用水泥、粉煤灰作為具備凝膠性能的活性混合材料，惰性材料為砂子、石子等，并加入一定量的改性材料（早強(qiáng)劑及減水劑等）。水泥與惰性材料配比1:4，惰性材料中砂子、石子配比2:3，早強(qiáng)劑以及減水劑添加量分別為充填材料使用總量的1.2%、1.5%。

3.2 充填體支護(hù)參數(shù)

巷旁充填留巷時(shí)，采面周期來壓期間巷旁充填體會(huì)承受較大的采動(dòng)壓力，因此要求采用的巷旁充填體支撐強(qiáng)度可抵抗周期來壓。具體巷旁充填體支撐強(qiáng)度P可采用下述公式計(jì)算[8]：

式中：k為應(yīng)力集中系數(shù)，取4.0 m；hE為基本頂厚度，取8.0 m；γE為基本頂容重，取25 kN/m3；Lmax為周期來壓步距，取16 m；hz為基本頂厚度，取2.91 m；γZ為直接頂容重，取25 kN/m3；x0為煤體極限平衡區(qū)范圍，取2.1 m；c為留巷段巷寬，取4.2 m；d為巷旁充填體寬度，取值分別為1.5 m、1.8 m、2.0 m、2.3 m 以及2.5 m。

依據(jù)采面礦壓監(jiān)測(cè)資料以及充填體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果，確定回風(fēng)巷留巷段合理充填體寬度為2.3 m。充填體強(qiáng)度越高、抗壓強(qiáng)度越大，則充填體在應(yīng)力作用下破壞程度越小，留巷段頂板及巷幫變形量均有降低，即留巷效果越佳。但是充填體強(qiáng)度越大，則充填成本越高，施工工藝越復(fù)雜。綜合考慮確定充填體強(qiáng)度為23 MPa。

3.3 充填設(shè)備

13203 綜采工作面推進(jìn)速度為4.8 m/d，速度較快，而回風(fēng)巷巷旁充填材料運(yùn)輸量大，充填工序繁多，若充填過程中出現(xiàn)問題會(huì)制約13203 綜采工作面正常推進(jìn)。因此，布置的充填設(shè)備、管路等不應(yīng)給13203 綜采工作面正常生產(chǎn)帶來影響。根據(jù)采面情況將充填設(shè)備布置在鄰近的13205 綜采工作面切眼內(nèi)，充分利用切斷斷面大優(yōu)勢(shì)，提高充填效果，具體布置如圖2。采用的充填泵型號(hào)為HBMG30/21-110S，配套的電機(jī)功率為110 kW，出口壓力最大21 MPa，最遠(yuǎn)泵送距離超過1200 m，泵送流量最大為30 m3/h，骨料最大直徑不應(yīng)超過40 mm，整機(jī)重量為5.17 t。將充填管路沿著13203回風(fēng)巷底板鋪設(shè)，選用的充填管為無縫鋼管，在接口用“O”型密封圈、10 MPa 管道快速接頭連接。

圖2 巷旁充填設(shè)備布置示意圖

回風(fēng)巷充填段充填模架結(jié)構(gòu)如圖3。在采面推進(jìn)時(shí)，作業(yè)人員在掩護(hù)支架下工作，提高充填留巷安全系數(shù)；在采面回采時(shí)，緊跟留巷側(cè)端頭支架安裝單體支柱，強(qiáng)化頂板支護(hù)并起到擋矸作用；待后方充填長(zhǎng)度達(dá)到設(shè)計(jì)長(zhǎng)度時(shí)，采用圓木代替單體進(jìn)行支護(hù)。圓木在采空區(qū)側(cè)、巷道側(cè)排距分別為1000 mm、800 mm，確保充填體寬度在2300 mm 以上；在圓木內(nèi)側(cè)鋪木板并在木板內(nèi)側(cè)懸掛防滲帆布，減少充填材料外溢量。

圖3 充填段充填模架結(jié)構(gòu)示意圖（mm）

3.4 臨時(shí)支護(hù)

在13203 綜采工作面回采期間，采面前方25 m 及后方200 m 范圍內(nèi)受采空及采空區(qū)頂板垮落影響顯著，為此采用單體支柱進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)。支護(hù)用單體（DW28-250/110X）、鉸接頂梁（型號(hào)HDJA-800）組成抬棚，一排3 根單體，單體間距及排距分別為1800 mm、1500 mm。在采面端頭位置采用掩護(hù)式支架（型號(hào)ZZT4500）支護(hù)。從掩護(hù)式支架后方至采面后方200 m 范圍內(nèi)，用單體、鉸接頂梁支護(hù)頂板，一排4 根單體，支柱間距及排距分別為1000 mm、1200 mm。

4 充填留巷效果分析

布置測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)充填留巷段圍巖變形，結(jié)果如圖4。

圖4 留巷段圍巖變形監(jiān)測(cè)曲線

從圖中看出，隨測(cè)點(diǎn)滯后采面距離增加，留巷段圍巖變形量呈現(xiàn)初期變形緩慢、中期變速較快、后期變形穩(wěn)定特點(diǎn)。具體變形可分為三個(gè)階段：第一階段為采面后方10 m 范圍，此階段留巷段頂?shù)装寮跋飵突疚闯霈F(xiàn)變形；第二階段為采面后方10～60 m 范圍，此階段留巷段頂?shù)装?、巷幫變形速度較快，變形量增加明顯，此階段變形量約占整個(gè)階段變形量的95%以上，頂?shù)装?、巷幫變形量分別為291 mm、222 mm；第三階段為滯后采面60 m 以外區(qū)域，此階段圍巖變形速度較慢，變形量逐漸趨于穩(wěn)定。在13203 回風(fēng)巷采用充填留巷技術(shù)后，留巷段頂?shù)装濉蓭妥畲笠平糠謩e為302 mm、233 mm，圍巖變形量整體較小。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）依據(jù)馬道溝礦13203 綜采工作面現(xiàn)場(chǎng)情況，為提高留巷安全性并降低后續(xù)防滅火工作壓力，提出采用巷旁充填留巷技術(shù)將13203 回風(fēng)巷保留下來為鄰近的13205 綜采工作面生產(chǎn)服務(wù)。

（2）對(duì)留巷段強(qiáng)化支護(hù)、充填支護(hù)技術(shù)方案以及臨時(shí)支護(hù)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過強(qiáng)化留巷段圍巖支護(hù)可降低留巷過程中圍巖變形量以及頂板離層量，通過采用遠(yuǎn)距離泵送充填可降低充填留巷對(duì)采面生產(chǎn)的影響，通過臨時(shí)支護(hù)可降低采動(dòng)壓力以及采空區(qū)頂板垮落下沉等給留巷工作帶來的制約?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，13203 回風(fēng)巷留巷段頂?shù)装?、兩幫最大移近量分別為302 mm、233 mm，圍巖控制效果顯著。