中興煤礦沿空留巷技術對比分析

閆 鵬

（汾西礦業兩渡煤業， 山西 靈石 031302）

引言

中興煤礦原綜采工作面布置為“一面三巷”方式（運輸巷、材料巷、回風尾巷、聯巷），工作面采用“兩進一回”通風系統。工作面巷道布置方式及通風系統增加了噸煤掘進率的同時也存在獨頭尾巷，回風尾巷與順槽皮帶（軌道）巷之間的保護煤柱導致礦井煤炭資源回收率低，由于煤層軟，蓋山厚度大，造成巷道變形、收斂嚴重、維護困難等缺點。借鑒淮南礦業集團公司顧橋礦無煤柱快速留巷Y型通風技術所取得的成功經驗，結合中興煤礦礦井井下地質開采條件，研究應用沿空留巷Y型通風無煤柱開采技術，分別在1203工作面使用柔模支護沿空留巷和在3215工作面使用高水速凝充填材料沿空留巷兩種技術，對于緩解礦井采掘銜接緊張局面、有效提高煤炭資源回收率，降低掘巷成本，解決上隅角瓦斯治理的難題，實現礦井安全高效可持續發展有很重要的意義。

1 1203工作面柔模支護沿空留巷

1203工作面地面被黃土覆蓋，出露地層有二疊系上統上石盒子組、石千峰組及三疊系下統劉家溝組，地面標高為+1 103～+1 226 m，井下標高為+730～+804 m，上覆巖層厚度為301～420 m。

1.1 三角區支護

在工作面機尾頂板鋪設2.0 m×1.0 m的鐵絲網，采用Φ20 mm×2 200 mm的螺紋鋼錨桿配合鐵餅壓網維護，從巷道煤幫處的角錨桿開始每隔700 mm施工一根錨桿，每排5根，排距800 mm，采用3 000 mm的W鋼帶。

1.2 柔模支設

支設柔模時使用Φ22 mm×2 400 mm的鋼筋棍穿過柔模兩側的吊掛孔，柔模兩側外露鋼筋長度為200 mm，落山側用鐵絲將鋼筋與頂網連接，落山側、煤柱側使用DZ-25或DZ-28型單體液壓支柱戴柱帽壓住鋼筋，間距500 mm，充填墻體兩側單體支柱在下次充填前將上次充填墻體兩側的單體支柱由里向外依次進行回收。

1.3 巷旁支護

沿空留巷巷道支護方式：在沿空留巷內采用DZ-25或DZ-28型單體液壓支柱配合3 600 mm的π型梁構成“一梁三柱”支護，棚距1 600 mm。留巷支護隨工作面前移延長支護距離，工作面正常回采后，對留巷內滯后工作面200 m外的單體支柱可以逐步回收。

1.4 留巷及維護費用

1）支護材料明細，見表1（按充填1 m消耗支護材料計算，一個循環的留墻規格長×寬×高為3 m×2.5 m×2.8 m）。

表1 12032工作面支護材料明細

2）人工及留巷維護費用。根據預算中心測定，1203留巷每充填1 m，所需人工費用為1 603元，留巷巷道維護費用為750元/m。

2 3215工作面高水速凝充填材料沿空留巷

2.1 三角區頂板支護

工作面割煤以后，在工作面機尾進行鋪設4.0 m×1.0 m的金屬網，采用Φ20 mm×2 400 mm的螺紋鋼錨桿，每排5根，排距800 mm，W鋼帶采用2 800 mm的W鋼帶及500 mm的W鋼帶各一片。

2.2 柔模支設

支設柔模時使用Φ20 mm×2 700 mm的對拉鋼筋穿過柔模兩側的吊掛孔，拉筋的兩側使用螺帽配合鐵餅固定并緊固，緊固后保證柔模的填充寬度為2 500 mm，柔模兩側外露對拉鋼筋長度為100 mm，充填墻體兩邊使用DZ-25或DZ-28型單體液壓支柱進行支護，間距800 mm，充填墻體兩側單體支柱在下次充填前將上次充填墻體兩側的單體支柱由里向外依次進行回收。

2.3 巷旁支護

沿空留巷內采用3 600 mmπ梁及單體支柱垂直巷道布置“一梁三柱”加強支護，棚距1 600 mm。留巷支護隨工作面前移延長支護距離。工作面正常回采后，對留巷內滯后工作面200 m外的單體支柱可以逐步回收。但由于3215工作面頂板壓力較大，導致一部分單體液壓支柱無法回收，支柱損壞量大，增加了支護成本。

2.4 留巷及維護費用

不考慮充填設備的折舊費及管路的損壞費用。

1）支護材料明細，見表2（按充填1 m消耗支護材料計算，一個循環的留墻規格長×寬×高為3 m×2.5 m×2.8 m）。

表2 3215工作面支護材料明細

2）留巷維護費用。根據預算中心測定，3215留巷每充填1 m，所需人工費用為1 495元，留巷巷道維護費用為1 854元/m。

3 沿空留巷對比分析

3.1 成本分析（見表3）

表3 高水速凝充填材料每米成本分析表 元

由表3可知：相比于柔模支護沿空留巷，高水速凝充填材料沿空留巷支護成本低（比混凝土充填留巷成本低2 681.475元），尤其是充填材料價格較低（高水速凝材料充每米成本比混凝土低2 831.6元），但由于高水速凝充填材料強度低，導致巷道變形量大，從而使得留巷維護成本較高、維護時間長，對中興礦的采掘銜接造成一定影響。

3.2 強度分析（見表4）

表4 充填體強度性能

3.3 留巷效果分析

以1203工作面和3215工作面為例，由于兩個工作面采用不同的充填材料留巷，分別對兩工作面留巷進行跟蹤觀測，并對觀測數據進行分析：1203工作面采用柔模支護沿空留巷后，留巷500 m范圍內頂板相對穩定，最大變形量僅為121 mm，兩幫無明顯收縮現象，見圖1。

圖1 1203留巷變形量柱狀圖

3215工作面采用高水速凝材料充填留巷后，巷道多處地段頂板下沉嚴重，巷道高度不足2 m，局部地段下沉嚴重，557～610 m處巷道高度只有1 m左右。巷道需3次以上起底維護，才能滿足留巷斷面對生產的需要，見圖2。

圖2 3215留巷變形量柱狀圖

3215工作面上覆巖層較厚，加之高水速凝材料強度較低，導致3215留巷相比于1203留巷巷道變形量大，見圖3。

但是，由于柔模支護沿空留巷技術使用的充填材料量比較大，且增加了人工立模、拆模的工序，工人勞動強度大，而高水速凝充填材料沿空留巷技術具有凝結時間短，早期強度高并可調，充填工藝系統操作簡單，勞動強度低，充填速度快；泵送不受輸送距離限制，雖然巷道變形量較大，但是經過一定的維護還是可以滿足生產需要，因此綜合考慮，高水速凝充填材料沿空留巷技術還是具有更大的推廣意義。

圖3 1203留巷與3215留巷巷道高度對比柱狀圖

4 結語

通過對3215高水速凝充填材料沿空留巷技術和1203柔模支護沿空留巷技術進行對比分析，從技術、經濟、安全等角度多方面考慮，最終確定目前比較適合中興煤礦地質條件的是高水速凝充填材料沿空留巷技術，但是該技術還存在一定問題，即留巷變形較大，尤其是隨著中興煤礦采掘活動向西延伸，蓋山厚度加大，礦壓顯現明顯，留巷的支護與圍巖的變形仍需要更好地進行研究、優化。