綜放沿空留巷技術在東峰煤礦應用研究

摘要：為適應煤炭行業新常態，根據《山西省煤礦現代化礦井標準》第四條要求 “堅持開發與保護并重的原則，合理確定開采順序，不斷優化礦井和采區設計，科學合理開發煤炭資源。對稀缺和特殊煤種實行保護性開發。積極推廣采煤新工藝、新技術，積極探索應用無煤柱開采、小煤柱開采、充填式開采、沿空留巷、急傾斜煤層和0.7m以下極薄煤層采煤機械化開采技術”。本文重點研究綜放沿空留巷技術在東峰煤礦應用。

關鍵詞：沿空留巷技術；應用

1概述

東峰煤礦3號煤回采工作面采用U型通風及巷道布置方式，這種通風及巷道布置方式存在如下問題：

（1）每個工作面布置2條順槽，掘進速度慢，掘進率高，采掘接續緊張；

（2）每個工作面留設30m煤柱，采出率低，礦井可采儲量損失嚴重，縮短礦井服務年限；

（3）高瓦斯煤層綜放開采，工作面瓦斯涌出量大，上隅角瓦斯易積聚，不利于礦井安全高效生產；

（4）高瓦斯煤巷掘進成本高，不利于礦井降本增效。

為此，東峰煤礦亟需采用沿空留巷Y型通風技術解決上述問題。

2沿空留巷的意義

（1）每個回采工作面可以少掘1條順槽，回采巷道掘進率降低40%以上，極大緩解礦井采掘銜接矛盾；

（2）取消30m煤柱，提高區段采出率15%以上，延長礦井服務年限；

（3）取消“跳采”，實現連續開采，有利于生產集中化；

（4）回采工作面采用兩進一回Y型通風方式，消除了回風隅角瓦斯積聚，有助于工作面安全高效生產；

（5）留巷鉆孔持續預抽下一工作面煤層瓦斯，延長了抽采時間，降低了煤層瓦斯含量，有助于實現高瓦斯煤層的“低瓦斯開采”；

（6）改善礦井技術經濟指標。

為此，決定在東峰煤礦3G02工作面軌道順槽進行柔模混凝土沿空留巷，將軌道順槽保留下來，作為3G01工作面的軌道順槽。

3沿空留巷地質與開采條件分析

3.1工作面地質條件

3.1.1沿空留巷位置

在3G02工作面軌道順槽進行沿空留巷，將軌道順槽保留下來，作為3G01工作面的回風順槽，沿空留巷總長度為616m。3G02工作面采用兩進一回Y型通風，運輸順槽為主進風巷，軌道順槽為輔助進風巷，通過留巷、3G02工作面回風巷進行回風。3G02工作面工程平面見圖2.1。

3.1.2煤層賦存情況

3.1.3頂底板情況

3G02工作面頂底板巖性見表2.2，根據2014年編制的《東峰煤礦生產礦井地質報告》，1號測井巖石物理力學性能參數見附錄1；根據大巷掘進揭露的巖石，實測3#煤頂底板和煤體的力學參數見附錄2。

3.1.4地質構造

3G02工作面地質構造較簡單，工作面地層產狀整體為一單斜構造。無斷層、陷落柱等特殊地質構造，較為適合沿空留巷

3.1.5水文地質條件

根據本采區水文地質情況及一采區3106工作面、3110工作面回采情況分析，影響本工作面涌水量的主要因素為頂板水，不受底板水、鉆孔水及地面水的危險，本井田內揭露的陷落柱均未出現導水現象。

頂板水為碎屑巖裂隙含水層，K7、K8砂巖及3號煤頂板砂巖裂隙含水層構成3號煤層的充水水源。巖性以中粒砂巖為主，局部砂巖裂隙發育，井田內補2-1號鉆孔對該含水層進行了抽水試驗，單位涌水量0.0011L/s.m，滲透系數0.0047m/d，水位標高+925.71m，水質類型為HCO3·SO4-Ca·Mg型。3110工作面回采時涌水量為3～7 m3/h，3106工作面回采時涌水量為2.5～5m3/h。回采與留巷過程中，應按有關規定設置排水管路、設備、水槽、沉淀池等防排水設施，加強排水，減輕水對留巷底板的弱化作用。2.1.6影響回采與留巷的其他因素

表2.3影響回采與留巷的其他因素

瓦斯 根據河南理工大學2015年7月份提供的報告，一采區北部3號煤層瓦斯含量最大取6.54m3/t，根據含量預測3G02工作面瓦斯涌出量為7.42m3/min。

煤塵 根據山西省煤炭工業局綜合測試中心于2014年4月18日所做的3#煤層爆炸性檢驗報告：3#煤塵火焰長度0mm，無爆炸性。

自燃傾向性 根據山西省煤炭工業局綜合測試中心于2014年4月21日所做的3#煤層自燃傾向性檢驗報告：3#煤層吸氧量0.95m3/g，自燃傾向性Ⅲ級，為不易自燃。

3.2工作面開采條件

3.2.1采煤工藝

3G02工作面采用傾向長壁綜采放頂煤采煤方法，全部跨落法管理頂板。工作面走向長度216m，傾向長度756m。

（1）工藝順序

雙滾筒采煤機斜切進刀割煤→刮板輸送機運煤→拉移支架支護頂板→推移前刮板輸送機→放頂煤→拉后刮板輸送機。在頂板破碎時，及時移架護頂、護幫。

（2）割煤

采用MG200/500-WD型雙滾筒聯合采煤機螺旋滾筒割煤。

（3）裝煤

采煤機螺旋滾筒配合SGZ730/500型刮板輸送機，運輸順槽采用一部SZZ764/200型轉載機、一部PCM132型破碎機及一部DSJ100/100/2×160型可伸縮式膠帶輸送機。

（4）運煤系統

工作面前（后）刮板輸送機→轉載機→可伸縮式膠帶輸送機→北膠帶大巷→中央煤倉→主斜井膠帶輸送機→地面。

（5）工作面支護

工作面采用一組ZFTZ7200/21/32型端頭支架，機頭3架ZFG4800/20/32型過渡支架，機尾3架ZFG4800/20/32型過渡支架，中部138架ZFS4400/17/28型中間支架。工作面液壓支架技術參數見表2.5。endprint

3.2.2作業方式

工作面實行三八作業制，兩班生產，一班檢修。日回采推進度為2.4m。

3.3沿空留巷圍巖變形量預計

3.3.1反映頂底板收斂量的影響因素的多元回歸公式

德國埃森研究院通過對260個沿空留巷采煤工作面的統計，得出反映頂底板最終收斂量影響因素的回歸公式。該公式的主要影響因素是：采深（H）、采高（M）、底板巖性指數（GL）、巷旁充填指數（SV）和巷道初始高度。

式中 KEV—頂底板收斂率，即頂底板收斂量與巷道初始高度之比，%；

SV—巷旁充填指數，SV=1，剛性支護；SV=2，木垛支護；SV=3，無巷旁支護；

GL—底板巖性指數，GL=1，砂巖；GL=2，砂頁巖；GL=3，泥頁巖；GL=4，植物根體化石；GL=5，煤；GL=6，煤、泥頁巖、植物根體互層，各層厚度小于20cm。

該回歸公式的相關系數達93%，標準差為巷道初始高度的3%，說明其他因素的影響不大。

3.3.2回采巷道圍巖變形分配

沿空留巷的圍巖變形主要表現為頂底板移近，頂底板移近包括頂板下沉和底鼓兩部分。埃森研究院通過對60條回采巷道底鼓的統計分析，發現底鼓占總頂底板收斂率的百分數，簡稱底鼓率（SH），它與相關因素的關系為：

3G02工作面的地質和開采技術參數見表2.6。

將巷道初始高度2.8m帶入上述公式中可得，沿空留巷頂底板總移近量為0～18.4cm，底鼓量為0～3cm（不包括墻體鉆底情況）

4沿空留巷技術在東峰煤礦應用效果

4.1沿空留巷的技術效果

（1）降低巷道掘進率。每個回采工作面可以少掘1條順槽，回采巷道掘進率降低40%以上，極大地緩解了礦井采掘銜接矛盾。

（2）提高資源采出率。回收30m區段護巷煤柱，提高工作面采出率15%，延長了礦井服務年限。

（3）改善礦井生產條件。沿空留巷易于實現穿梭回采，使回采工作在時間和空間上連續進行，有利于生產集中化。對于地質條件復雜的采區，沿空留巷有可能避免因地質變化而造成的停采待掘。

（4）改善礦井安全條件。回采工作面全部采用Y型通風，消除回風隅角瓦斯積聚，確保工作面安全高效生產；利用留巷作為瓦斯治理通道，提前預抽相鄰工作面煤層瓦斯，延長了抽采時間，降低了煤層瓦斯含量，緩解了礦井采抽銜接矛盾；利用留巷作為臨時水倉，在留巷低洼位置處布置抽排水泵站，持續抽排采空區積水，防止本工作面或相鄰工作面透水；減少了掘巷空頂作業，降低了冒頂、片幫幾率，有利于礦井安全；皮帶輸送機和移變設備分別布置在主進風巷和輔助進風巷內，皮帶巷寬度縮小，有助于降低掘巷成本，提高掘巷速度，更好地維護巷道；消除煤柱影響區的應力集中，有利于鄰近突出層的卸壓開采，防止煤與瓦斯突出和沖擊地壓；實現了無煤柱開采，最大限度地減少了采空區遺煤，降低了礦井自然發火幾率，有利于礦井防止內因火災。

4.2 3G02工作面經濟效益

（1）煤柱效益.3G02工作面回采616m，煤層平均厚度5.96m，采出率0.8，密度1.42t/m3，煤柱30m，采用沿空留巷以后，共計多回收煤炭資源12.5萬噸，噸煤利稅按照100元計算，回收煤柱創造經濟效益1250萬元。

（2）少掘巷效益.3G01工作面可以少掘進1條回風順槽，少掘巷道750m（包括回采長度、回風繞道和車場等），順槽掘進費5000元/m，掘巷總費用為375萬元，即少掘巷就可創造經濟效益375萬元。

沿空留巷工程費用：沿空留巷長度為616m，留巷工程費用為5022元/m，則該工作面所需的沿空留巷費用為309.4萬元。綜上所述，3G02工作面沿空留巷預計可產生經濟效益1315.6萬元。

4.3沿空留巷的社會效益

4.3.1提高了沿空留巷支護的可靠性，消除了回風隅角瓦斯積聚，減少了采空區遺煤，有利于礦井安全生產

柔模混凝土沿空留巷支護技術，以大量實測地質力學參數為基礎，理論分析和數值模擬試驗為參考，實施頂板分級管理和動態信息設計，采用高性能柔模混凝土支護，使用性能穩定可靠的柔模混凝土制備輸送機組等施工機具，并進行施工工藝優化，全面、系統地進行施工質量檢測與礦壓監測，及時判斷圍巖穩定性并修正支護設計，顯著提高了沿空留巷支護的可靠性和安全程度，同時沿空留巷可以降低巷道掘進率15%以上，有效的遏制了我國煤礦頂板事故的發生，對改善我國煤礦安全狀況起到重要作用。沿空留巷實現了采煤工作面兩進一回Y型通風，消除了回風隅角瓦斯積聚；沿空留巷實現了無煤柱開采，消除了煤柱影響區的應力集中，有利于防止礦井發生沖擊礦壓或煤與瓦斯突出，從根源上改善礦井安全生產環境。沿空留巷減少了采空區遺煤，從根源上降低了礦井自然發火的幾率，有利于自燃煤層和容易自燃煤層的安全開采。采區內部實現連續開采，簡化了生產系統，礦井開采安全可靠性顯著提高，向本質安全型礦井的建設目標邁進了一大步。

4.3.2機械化施工，降低了工人勞動強度，提高了施工效率，有利于礦井高效生產

柔模混凝土沿空留巷在地面建立干混料攪拌站，井下建立混凝土泵站，在待澆筑空間采用柔模沿空留巷支架進行支護、擋矸、切頂、掛模，全過程實現了機械化，大大降低了工人勞動強度，提高了施工效率，采煤與留巷平行作業，有利于礦井高產高效。

4.3.3取消護巷煤柱，實現無煤柱開采，延長礦區服務年限，有利于礦井高回收開采

采用沿空留巷技術以后，首先取消或回收了相鄰工作面間的護巷煤柱，在本工作面實現了無煤柱開采；沿空保留回撤通道，作為回收采區大巷煤柱的回采巷道，最終實現采區內無煤柱開采；對于開采煤層群的礦井，在首采層進行無煤柱開采以后，可以消除相鄰煤層內的應力集中，最終實現了相鄰煤層的完全無煤柱開采。在一個礦井內全部實現了無煤柱開采以后，就實現了煤炭資源的完全開采，最大限度地開發和利用了有限的資源，有助于社會的可持續發展。

5結論

綜上所述，柔模混凝土沿空留巷技術取得了一些列技術水平高、實用性強的研究成果。通過“產學研”相結合，煤礦企業積極試驗和推廣應用，以及技術交流會、研討會等手段使綜放柔模沿空留巷技術已經擴散滲透到全國各大礦區，對全國煤炭行業起到了很好的技術輻射效應，帶動全國煤礦技術水平躍上一個新的臺階。此外，在柔模混凝土沿空留巷支護技術研究、試驗過程中，培養了一大批工程技術人員，提高了他們的技術水平和整體業務素質。形成了沿空留巷成套設備、材料等新產品，提供了大量就業機會。總之，柔模混凝土沿空留巷支護技術對推動我國煤礦技術的進步和發展具有重大意義。

參考文獻：略

作者簡介：孔晉剛（1976.09—），男，漢族，山西省晉城市，工程師，研究方向：采煤技術endprint