沿空留巷“Y型”通風(fēng)無煤柱開采技術(shù)實(shí)踐

穆三奴 白彥文

（山西柳林寨崖底煤業(yè)有限公司，山西 呂梁 033300）

寨崖底煤業(yè)有限公司120308工作面主采3#煤，煤層厚度為1.2m，采出速度慢，交替緊張，安全管理難度大。通過工程類比等研究，提出了沿空留巷“Y”型通風(fēng)無煤柱開采技術(shù)，即120308軌道順槽在回采過程中進(jìn)行充填留巷，并將該巷道作為后續(xù)120307工作面的軌道順槽，同時(shí)在工作面運(yùn)用“Y型”通風(fēng)的布局，在區(qū)段間引入無煤柱連續(xù)開采技術(shù)。

1 概況

3#煤層傾角為1°～3°，平均厚度1.2m，120308軌道順槽為矩形斷面，毛寬、毛高分別為4.5m和2.4m，支護(hù)為錨網(wǎng)梁索方式。巷道直接頂板為泥巖和砂質(zhì)泥巖，厚度在0.7～1.4m；基本頂為泥巖和砂巖，平均厚度為7.54m；底板為泥巖和粉砂巖，平均厚度為2.4m。工作面采用后退式走向長壁開采，綜采工藝，全部垮落法管理頂板。根據(jù)巷道頂板巖層情況、工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律以及工作面推進(jìn)度，確定充填寬度為1.2m，充填高度為采高1.2m，每班充填4.8m或3.6m。

2 沿空留巷巷旁充填技術(shù)

2.1 充填材料

充填材料主要為高水凝速材料，其中基料為硫鋁酸鹽水泥熟料，在其中融入石膏、石灰、懸浮劑等其他輔助材料；充填材料分為甲料和乙料，以1∶1的比例配合使用。甲料、乙料均可單獨(dú)和水進(jìn)行混合，并保持24h不凝結(jié)，但甲料、乙料混合之后能夠加速凝結(jié)硬化。因此，為預(yù)防材料在攪拌環(huán)節(jié)和運(yùn)輸環(huán)節(jié)出現(xiàn)材料凝結(jié)和硬化，導(dǎo)致管路、設(shè)備失效，應(yīng)將甲料和乙料進(jìn)行分開攪拌和運(yùn)送，在進(jìn)場過程中按比例等量進(jìn)入，并混合均勻，以滿足強(qiáng)度需要。

按照中國礦業(yè)大學(xué)所提供的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，高水速凝材料在填充過程中前一個(gè)星期時(shí)間內(nèi)強(qiáng)度加強(qiáng)較為明顯，隨后增速較為緩慢，并于28d左右形成最大值。水灰比例越小，強(qiáng)度越大，當(dāng)水灰質(zhì)量比為2:1時(shí)，所形成的最大強(qiáng)度值為6.8MPa。根據(jù)現(xiàn)場情況，本次充填水灰比為1.5:1，即1kg的高水充填材料加1.5kg的水。

2.2 充填工藝

充填系統(tǒng)：攪拌桶在工作過程中對甲料、乙料進(jìn)行分別攪拌，并按比例混入等量粉煤灰，以雙液充填的方式進(jìn)行加壓，在雙趟高壓管路中形成漿液輸送，在留巷區(qū)域充填至充填袋中加以混合和凝固。

充填工作組按照巷道中已形成的充填塊，定位充填位置，并對頂板作出支護(hù)。在支護(hù)過程中按照頂板是否完整考慮是否需要采取臨時(shí)性支護(hù)措施，以滿足安全需要，并開展浮煤清理工作和填充袋吊掛工作。將凝固后的充填體鋼筋網(wǎng)拆除，對鋼筋網(wǎng)中的填充袋以聯(lián)接和對拉的方式形成支柱。

3 沿空留巷支護(hù)技術(shù)與方案

3.1 巷內(nèi)補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)方案

沿空留巷在實(shí)際工作中需要?dú)v經(jīng)兩次工作面采動(dòng)，因此頂板區(qū)域活動(dòng)較為劇烈。為有效控制頂板，可在支護(hù)基礎(chǔ)上進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。具體方式如下：用參數(shù)為Ф17.8×7000mm的預(yù)應(yīng)力錨索對頂板作出支護(hù)，距采煤幫650mm，每排用錨索一根，排距1600mm，用CK2340樹脂藥卷一根、Z2360樹脂藥卷兩根、300×300×16mm鋼墊板一塊和鎖具一套，預(yù)緊力不低于100kN，錨索錨固力不小于200kN。補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)斷面圖如圖1所示。

圖1 120308軌順巷內(nèi)補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)斷面圖

3.2 留巷段輔助加強(qiáng)支護(hù)方案

工作面回采之后的順槽需要進(jìn)行保留，以便下一區(qū)段工作面使用。在回采階段和留巷階段，頂板活動(dòng)較為劇烈，需要進(jìn)行輔助加強(qiáng)支護(hù)。在充填體采空區(qū)側(cè)架設(shè)“單體液壓支柱+π型鋼梁”臨時(shí)支護(hù)。輔助支護(hù)手段包括：以π型鋼梁為基礎(chǔ)的單體液壓支柱、鐵鞋，柱距1.2m、排距1.0m，邊柱距為0.45m，每排單體液壓支柱4根。如圖2所示。

圖2 留巷段輔助加強(qiáng)支護(hù)方案

4 礦壓觀測

4.1 充填體載荷變化規(guī)律

充填體隨著工作面推進(jìn)呈現(xiàn)出一定變化，在距離工作面0～12m的區(qū)域內(nèi)，充填體載荷壓力為0～3.2MPa，在此階段增速較快；在12m～32m的區(qū)域內(nèi)，載荷壓力急速增加，并于32m時(shí)形成最大值6.2MPa；在32m之后區(qū)域基本穩(wěn)定。因此充填體穩(wěn)定性相對較好，能夠滿足頂板完整性需要，維持巷道施工安全。

4.2 充填體及圍巖變形規(guī)律

120308工作面回采結(jié)束后，充填體變形量為0.05%。120307工作面回采過程中，巷道在二次回采影響下底鼓200～300mm、兩幫移位靠近100～200mm。變形規(guī)律表明：上區(qū)段的充填體在單次回采中較為穩(wěn)定，在二次回采后，也可以滿足無煤柱開采要求，本次工業(yè)試驗(yàn)較成功，檢測120307工作面無瓦斯積聚現(xiàn)象。

5 效益分析

充填費(fèi)用主要分為下述幾個(gè)項(xiàng)目：充填材料成本、充填體支護(hù)材料成本、充填袋成本、人工成本等。本次充填費(fèi)用如表1所示，120308軌順高水材料沿空留巷綜合成本為每米1235元。

表1 120308軌順充填成本一覽表

120308軌順充填總長577m，總成本為71.26萬元；120307工作面回采時(shí)可以多采出原先區(qū)段間20m的護(hù)巷煤柱（煤量為19387t），按利潤500元/t計(jì)算，可多創(chuàng)造煤炭利潤969.3萬元 。由此可見，沿空留巷無煤柱開采技術(shù)能夠形成經(jīng)濟(jì)效益898.1萬元。

6 結(jié)論

沿空留巷“Y型”通風(fēng)無煤柱開采技術(shù)的成功實(shí)踐，能夠推進(jìn)礦井安全高效生產(chǎn)，提升資源回收率，延長礦井服務(wù)時(shí)間，規(guī)避煤柱下方所形成的應(yīng)力集中現(xiàn)象，有效縮減上下區(qū)段銜接接替時(shí)間，改善礦井工作面接替緊張的局面，有效稀釋排放瓦斯氣體。