中厚煤層巷旁充填沿空留巷開采技術(shù)研究

劉敬佩

（陽煤集團(tuán)新元有限責(zé)任公司，山西 晉中 045400）

在煤炭開采過程中，為了提高中厚煤層開采能力、開采速度以及開采的安全性，一般采用預(yù)留煤柱的施工方式。但該方式會(huì)造成一定的開采損失，損失最高可達(dá)到20%，逐漸被沿空留巷開采技術(shù)所取代。通過澆筑空間支護(hù)、支模、泵注高水材料等開采工藝的沿空留巷技術(shù)，在實(shí)現(xiàn)中厚煤層快速、安全開采的同時(shí)，進(jìn)一步減少了預(yù)留煤柱帶來的開采損失。以陽煤集團(tuán)新元公司3413綜采工作面輔助進(jìn)風(fēng)巷旁充填沿空留巷為例，對(duì)沿空留巷施工技術(shù)進(jìn)行闡述和分析。

1 概況

陽煤集團(tuán)新元公司3413綜采工作面西鄰3412工作面，南鄰西膠帶運(yùn)輸大巷、西輔助運(yùn)輸大巷、西回風(fēng)大巷(北)，東鄰3414工作面（已采完），北抵新元礦礦界（相鄰開元礦）。該工作面位于3#煤一水平四采區(qū)，地面標(biāo)高1078.0～1139.2m，工作面標(biāo)高 612.8～717.4m，埋藏深度 466.0～487.2m，工作面走向長(zhǎng)1543.5m，傾斜長(zhǎng)190m，面積293265m2。煤層平均厚度為2.49m，可采儲(chǔ)量為971205.7t。該面南部有宋杜溝村、新陳高壓線23-24鐵塔穿過，回采期間需加強(qiáng)地面沉降觀測(cè)工作[1]。

3413工作面輔助進(jìn)風(fēng)巷采用高水材料巷旁充填沿空留巷，主要設(shè)備布置如下：工作面機(jī)尾第1～5架采用ZCG10000/22/37DA支架及時(shí)支護(hù)，沿空留巷充填體處使用2架型號(hào)為ZRL18000/22/37D支架進(jìn)行滯后支護(hù)維護(hù)充填體。沿空留巷充填設(shè)備置于3413輔助進(jìn)風(fēng)巷一橫貫內(nèi)，設(shè)備采用煤礦用液壓注漿泵 2ZBYSB46.8～12/1～10-75，攪拌桶JDW-1500S，井下凈水站LWLQS-50，利用型號(hào)為Ф51mm×4D×20m高壓輸送管輸送至充填區(qū)。

2 巷旁充填留巷施工工藝

2.1 澆筑空間支護(hù)

（1）工作面每推進(jìn)一個(gè)步距必須及時(shí)進(jìn)行澆筑空間支護(hù)。根據(jù)中線充填體定位，機(jī)尾端頭移架后，伸起后尾梁，在機(jī)尾支架后方補(bǔ)打3根Ф21.6×8200mm的錨索，托盤為300mm×300mm×16mm，每排使用Ф12×80×3000mm鋼筋鋼帶1根，垂直頂板布置，排距為800mm。嚴(yán)禁澆筑空間支護(hù)與附近15架范圍內(nèi)的拉架、推溜工序平行作業(yè)。

（2）如沿空留巷機(jī)尾出現(xiàn)頂板破碎、壓力較大、頂板下沉等情況時(shí)，需將機(jī)尾端頭支架后方補(bǔ)打錨索方式改為提前在機(jī)尾端頭支架前端空隙間補(bǔ)打錨索，維護(hù)頂板。人員進(jìn)入煤幫要嚴(yán)格執(zhí)行敲幫問頂制度，要停機(jī)、停溜、閉鎖開關(guān)、掛停電牌，設(shè)專人看管開關(guān)，并且設(shè)專人監(jiān)護(hù)煤幫及頂板，并在煤幫側(cè)支貼幫帽柱維護(hù)好頂幫。

2.2 支模

（1）掛設(shè)柔模

根據(jù)巷道已經(jīng)構(gòu)筑好的充填體快速定位好充填空間位置，并對(duì)充填空間區(qū)域頂板進(jìn)行支護(hù)（根據(jù)頂板完整情況確定是否架設(shè)臨時(shí)支護(hù)），滿足安全要求。隨后進(jìn)行清理浮煤與吊掛充填袋等工作。掛袋時(shí)應(yīng)盡量將充填袋的富余量掛在頂板金屬網(wǎng)上，以便于充填時(shí)能更好的接頂。將適宜的充填袋放入鋼筋網(wǎng)內(nèi)，每隔200mm聯(lián)一道，聯(lián)接好鋼筋網(wǎng)(用14#或更粗的鐵絲連接)，穿上對(duì)拉錨桿，打牢單體液壓支柱，背實(shí)鋼筋網(wǎng)。

掛模前必須確保機(jī)尾特殊支架不拉架和推溜，作業(yè)時(shí)指定專人觀察頂板情況。掛模前必須將待澆筑空間底板浮煤、浮矸清理干凈，確保柔模墻體坐落在堅(jiān)硬完整的實(shí)底上。掛模前首先將架立筋和錨栓分別穿入翼緣和預(yù)留孔內(nèi)，上緊錨栓托板和螺母，原則采用14#鉛絲將架立筋和翼緣綁扎牢靠，綁扎扣距為300mm。掛模時(shí)先掛設(shè)靠采空區(qū)側(cè)部分，將穿有架立筋的翼緣綁扎在頂板錨網(wǎng)支護(hù)結(jié)構(gòu)上，采用雙股14#鉛絲綁扎。

掛模時(shí)，根據(jù)留巷中線確定澆筑墻的位置，保證巷道和留設(shè)墻體的平直度。必須安設(shè)激光裝置確定中線。掛模單體柱按柱距0.6m支設(shè)，必須升緊并達(dá)到初撐力，保證柔模在澆注過程中不下沉，單體柱不被擠出[2]。

掛模完畢后，在掛好柔模的側(cè)面（靠工作面方向）支設(shè)2根單體柱，用于支撐柔模，防止泵注時(shí)向此處鼓肚。柔模灌注口分為三層，內(nèi)層放入柔模內(nèi)，另外兩層與軟管綁扎，采用14#鉛絲綁扎三道，軟管應(yīng)插入柔模內(nèi)，灌注完成后處理好封口，避免混凝土的流出。

（2）掛設(shè)高水材料充填袋

按照設(shè)計(jì)要求，根據(jù)留巷中線確定澆筑墻的位置。掛設(shè)高水材料充填袋前，先將搭模位置上的浮煤矸及雜物清理干凈，見到實(shí)底。根據(jù)澆筑墻體的位置，確認(rèn)無誤后在兩側(cè)支設(shè)單體柱固定位置。掛袋時(shí)，充填袋和靠近頂上的一排對(duì)拉錨桿盡量往上提，并將填充袋上的聯(lián)接環(huán)與頂網(wǎng)聯(lián)接。再固定剩余的對(duì)拉錨桿，并將孔口與錨桿扎緊，在鋼筋網(wǎng)外上鋼筋鋼帶和螺母，并把填充袋上其他位置的連接環(huán)與鋼筋網(wǎng)連接。最后把側(cè)面的鋼筋網(wǎng)聯(lián)起并固定位置。

2.3 泵注高水材料

液壓注漿泵開停順序：檢查泵站儀表、油箱注油情況→檢查冷卻水水壓→加水到規(guī)定高度→加料到規(guī)定量→開機(jī)攪拌（正常循環(huán)時(shí)邊加料邊攪拌）→開泵送料→檢查出漿壓力→注漿結(jié)束→清洗攪拌桶及液壓泵→下一循環(huán)。

（1）充填前，首先向攪拌桶內(nèi)蓄水至所需水位，然后啟動(dòng)攪拌桶，待攪拌桶啟動(dòng)后向桶內(nèi)加料，加甲料與甲料混合形成甲料漿，加乙料與乙料混合形成乙料漿，之后利用雙趟高壓管路向充填點(diǎn)供料。充填點(diǎn)接到供料通知后，嚴(yán)密監(jiān)控出料情況，待料均勻之后將混合管插入充填袋內(nèi)開始充填[3]。充填結(jié)束后，泵站開泵供清水，沖洗管路并清理充填點(diǎn)，待所有東西收拾整理好之后，充填即可結(jié)束。

（2）高水材料巷旁充填工藝。高水材料巷旁充填布置包括充填泵站與充填點(diǎn)兩部分。高水充填材料水灰配見表1。

（3）井下攪拌。在井下攪拌時(shí)，甲料和加甲料在一個(gè)攪拌桶攪拌，乙料和加乙料在另一個(gè)攪拌桶攪拌。攪拌站共有四個(gè)攪拌桶，分兩組，每一組有兩個(gè)攪拌桶，一組放在注漿站的里面，一組放在注漿站的外面，里面一組攪拌甲料和加甲料，外邊一組攪拌乙料和加乙料。四種料下井后必須分組存放。

第一次加料前，先加好水到攪拌桶刻度線后再加料，加完料后開始攪拌，攪拌均勻后再記下當(dāng)時(shí)的漿液位置并劃好第二個(gè)刻度線。以后在攪拌的情況下加水、加料按下列配比同時(shí)進(jìn)行[4]。

說明：按澆注一個(gè)循環(huán)（3m長(zhǎng)墻體）泵站需要配甲料9桶（其中甲料90袋4500kg、加甲料18袋450kg）；配乙料9桶（其中乙料90袋4500kg、加乙料18袋450kg）；甲、乙料配水各需7425kg。

表1 高水充填材料水灰配計(jì)算表（當(dāng)攪拌數(shù)量為10袋時(shí)）

3 應(yīng)用效果

陽煤集團(tuán)新元公司3413綜采工作面輔助進(jìn)風(fēng)巷通過采用沿空留巷回采工藝，避免以前留設(shè)區(qū)段煤柱形成的煤炭資源浪費(fèi)，平均每米沿空留巷可產(chǎn)生5～7萬元的經(jīng)濟(jì)增效，節(jié)省煤炭15萬t。同時(shí)，沿空留巷技術(shù)可減少下區(qū)段一條巷道的掘進(jìn)施工，提高生產(chǎn)效率約20%，有效縮短工期兩個(gè)月，緩解采掘接續(xù)緊張的局面[5]。