采煤工作面柔模混凝土沿空留巷實踐

郭李剛

（山西高河能源有限公司，山西 長治 047100）

1 概況

高河煤礦主要開采煤層為3 號煤層，E1302 作業面屬于3 號煤層開采過程中的首采作業面，長度230m，可開采長度1740m，3 號煤層平均厚度6.4m。E1302 采用綜放開采工藝，開采高度3.5m，放煤高度2.9m。工作面巷道布置如圖1 所示。

圖1 E1302 作業面巷道布設示意圖

3 號煤層偽頂為泥巖，厚度1.82~2.13m 之間，其中含有部分植物根部化石物質，巖體對應的普氏硬度值f=1.22。直接頂為泥質砂巖，厚度在6.87~7.85m 之間。基本頂為細粒砂巖，厚度在12.42~13.65m 之間。直接底為泥巖，厚度在2.96~3.05m 之間。基本底為砂質泥巖，厚度在8.37~8.94m 之間。

2 柔模混凝土沿空留巷支護

2.1 后續澆注區域支護設計

參考以往開采過程中相似煤層的實踐經驗，設定柔模混凝土沿空留巷后續需要澆注區域最大控頂距范圍應當小于6m。設定當日檢修班組完成一次柔模混凝土澆筑作業，若采煤面進度相對小的情況下，允許間隔1d 進行柔模混凝土澆筑，但應當保證控頂距小于6m。所使用的柔模混凝土模板大小為3m×1.2m×4.0m。澆筑過程中應用的混凝土標號值為C30。

在進行柔模混凝土結構澆注之后，其側旁位置處對應支護墻體會出現一定橫向變形，只有有效控制其變形，才能夠使得支護墻體擁有相應的承載性能。在支護墻體之中設置相應的預置錨桿結構，在兩端位置設置梯子梁、托盤以及螺母等，錨桿間排距具體大小為800×900mm，Ф22×1300mm，梯子梁Φ14-3-800-1600mm。在柔性模具預先留置孔洞之中設置錨桿，再套上梯子梁裝置，最后把螺母上緊，確保所預置的錨桿外部漏出部分控制在10~40mm 范圍之內。

2.2 臨時加強支護設計

對超前工作面50m 范圍區域以及滯后作業面位置150m 范圍區域，通過采取單體液壓支柱配合π型梁進行支護，棚間距0.8m，如圖2 所示。

圖2 沿空留巷整體支護結構圖

3 柔模混凝土沿空留巷施工

3.1 柔模混凝土沿空留巷施工工序

柔模混凝土沿空留巷施工工藝最為核心的內容是混凝土的制備以及澆筑作業。通過二次拌制的方法完成混凝土材料制備以及澆筑。在井上完成拌制之后的物料經由礦車輸送到換裝站，然后再通過輔運設備輸送到安裝于工作面回風順槽巷道之中的泵站，在泵站攪拌槽之中與適當比例的水混合攪拌之后，由泵送裝置泵送至澆注位置，如圖3 所示。

圖3 柔模混凝土沿空留巷施工工藝流程示意圖

3.2 柔模混凝土沿空留巷施工設備

KTRHZSJ-30 型柔模混凝土泵送設備包括井上配料裝置、井上混合裝置、井下混凝土拌制裝置以及泵送裝置等。裝置現場示意圖如圖4 所示。

圖4 井下柔模混凝土上料及拌制裝置現場示意圖

井下柔模混凝土制備裝置以及泵送裝置和工作面煤壁的距離為200m 左右，在工作面回風順槽的外幫位置處，泵送管道直徑5 寸，材質為鋼質材料，每節泵送管道長度3m，保證管道按照直線方向連接，設備布設如圖5 所示。

圖5 設備布設示意圖

4 應用效果

4.1 巷道位移監測結果分析

在超前井下作業面50m 位置設置相應的監測位置，對巷道頂底板位移情況以及兩幫位移情況進行監測，測量所得具體數據如圖6 所示。

圖6 巷道位移實際監測數據統計分析

從圖6 看出，在超前工作面30m 區域，圍巖變形逐步開始發展；而在滯后作業面60m 區域圍巖結構的活動相對強烈，但最大位移量均能夠滿足標準要求；在滯后作業面60m 之后的區域，圍巖活動基本上趨于平穩。說明所采用的柔模混凝土沿空留巷支護工藝取得了良好的支護效果。

4.2 經濟效益

柔模混凝土沿空留巷施工工藝在3 號煤層E1302 作業面進行工業試驗，該作業面剩余開采長度540m，充填開采可以增加9.7 萬t 的煤炭回收，經濟效益2522 萬元左右。

5 結語

高河煤礦3 號煤層E1302 工作面通過采用柔模混凝土沿空留巷施工工藝，將之前的“跳采”開采方式轉變為連續作業，進一步提升煤炭開采作業的集中化程度。在實際開采中能夠實現無煤柱開采，有效消除了煤柱帶來的應力集中，為煤炭開采作業安全、高效進行提供了可靠保障。