西銘礦42206工作面皮帶巷沿空留巷支護(hù)技術(shù)研究

畢延強(qiáng)

（山西焦煤西山煤電股份有限公司西銘礦，山西太原 030052）

0 引 言

近年來(lái)，沿空留巷技術(shù)越來(lái)越得到煤礦工作面生產(chǎn)的應(yīng)用，此技術(shù)不但可以提高煤炭資源回收率，而且可以沿用上個(gè)工作面的巷道作為下工作面使用，最大程度的利用空間。沿空留巷技術(shù)的成功應(yīng)用關(guān)鍵在于沿空留巷巷道的穩(wěn)定，因此，針對(duì)具體工作面巷道的支護(hù)技術(shù)研究有著重要的意義[1,2]。

現(xiàn)階段，許多研究學(xué)者針對(duì)沿空留巷支護(hù)技術(shù)進(jìn)行了大量研究。曹其嘉[3]提高了充填體的圍巖耦合承載效果，對(duì)充填區(qū)域、實(shí)體煤、充填體區(qū)域進(jìn)行了加固措施；錢(qián)志良[4]提出了頂板強(qiáng)化、充填體加固及高預(yù)緊力對(duì)巷道進(jìn)行加固，有效地控制了圍巖變形；范德源[5]利用數(shù)值模擬分析了不同支護(hù)方案下的圍巖變形，最終采用了注漿錨索+巷旁切頂技術(shù)方案。目前針對(duì)西銘礦42206工作面半煤巖巷道具體頂?shù)装辶W(xué)性質(zhì)，對(duì)42206工作面皮帶巷進(jìn)行沿空留巷支護(hù)技術(shù)研究。

1 工程概況

1.1 礦井概況

西銘礦年生產(chǎn)能力達(dá)到360萬(wàn)噸，是山西西山煤電集團(tuán)下屬特大型礦井，瓦斯含量較高，為高瓦斯礦井。整個(gè)煤田南北傾向4.2km，東西走向達(dá)到16.9km。礦井開(kāi)拓方式為平硐開(kāi)拓，所有工作面均采用綜合機(jī)械化采煤工藝，走向長(zhǎng)壁垮落式采煤法。

1.2 工作面具體條件

西銘礦42206工作面所采煤層為2號(hào)煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，煤層傾角1°～4°，平均傾角2°。煤層厚度1.60m～2.10m，平均厚度1.80m，屬穩(wěn)定煤層。根據(jù)西十二采區(qū)相鄰的42208瓦斯涌出量資料預(yù)測(cè)42206工作面掘進(jìn)期間瓦斯絕對(duì)涌出量為0.5m3/min。工作面所采煤層經(jīng)鑒定屬于有煤塵爆炸性，爆炸性指數(shù)為19.03%，自燃傾向性為Ⅱ級(jí)，屬自燃煤層。42206工作面南面為42208采空區(qū)，東面為42020和42008采空區(qū)，北側(cè)為設(shè)計(jì)42204工作面。該工作面采掘工程平面圖見(jiàn)圖1所示。

目前開(kāi)采的2#煤層平均厚度1.8m，回采巷道設(shè)計(jì)高度2.6m，為半煤巖巷掘進(jìn)，礦井采掘比大、掘進(jìn)率高，采煤工作面接替困難。為緩解采掘接替緊張并提高煤炭資源采出率，根據(jù)42206工作面煤層、頂?shù)装辶W(xué)性質(zhì)和采、掘等生產(chǎn)地質(zhì)條件，在42206工作面皮帶巷進(jìn)行高水材料巷旁充填沿空留巷技術(shù)研究。

圖1 42206工作面采掘工程平面圖

2 巷道原支護(hù)方式

西銘礦42206工作面皮帶巷為半煤巖巷道，沿頂板掘進(jìn)巷道，頂板支護(hù)方式采用錨桿+錨索+鋼帶聯(lián)合支護(hù)，錨桿參數(shù)取φ20×2200mm，間排距800×1000mm。錨索規(guī)格φ17.8×5400mm，按兩排花型布置，間排距4000×2200mm；巷道兩幫采用φ20×1800mm螺紋鋼錨桿支護(hù)，幫錨桿按兩排三花布置，間排距確定為1500m×1200mm，最上排錨桿距頂板500mm。

3 巷旁充填體參數(shù)設(shè)計(jì)

根據(jù)類(lèi)似工作面工程經(jīng)驗(yàn)結(jié)合42206工作面皮帶巷具體地質(zhì)條件，將高水材料水灰比設(shè)計(jì)為1.5:1。巷旁充填體全部位于采空區(qū)內(nèi)，留巷寬度為3.6m。工作面采高為2.0m，每天回采6.4m，按照每天兩班充填考慮，充填體長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為3.2m，高度為2.0m，寬度為1.6m。

采用對(duì)拉錨桿、鋼筋網(wǎng)和鋼筋梯子梁對(duì)充填體進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，進(jìn)一步增強(qiáng)巷旁充填體的抗變形能力。對(duì)拉錨桿間排距750×800mm，最上部的對(duì)拉錨桿距頂板300mm，最下部的對(duì)拉錨桿距底板200mm。對(duì)拉錨桿采用φ20×1800mm螺紋鋼加工，錨桿兩頭各滾絲100mm，鋼筋梯子梁采用?14圓鋼焊制。充填體外部鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)進(jìn)行加固，鋼筋網(wǎng)參數(shù)為φ6.0mm鋼筋，鋼筋網(wǎng)用雙股鐵絲連接固定且兩鋼筋網(wǎng)片間搭接長(zhǎng)度不少于100mm，網(wǎng)孔小于等于100×100mm。充填體加固圖如圖2所示。

圖2 充填體加強(qiáng)支護(hù)布置圖

4 加強(qiáng)支護(hù)方案

4.1 巷內(nèi)加強(qiáng)支護(hù)方案

42206工作面皮帶巷掘進(jìn)之初未考慮沿空留巷，支護(hù)強(qiáng)度較低，故需進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)：非采煤幫采用Φ20×2200mm錨桿配合鋼筋梯子梁進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，兩排三花布置，間排距確定為1500m×1450mm，最上排錨桿距頂板650mm。靠近回采幫頂板采用Φ17.8×5400mm錨索進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，每排1根，排距2000mm，具體布置見(jiàn)圖3。

圖3 42206工作面皮帶巷補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)圖

4.2 充填區(qū)域頂板支護(hù)方案

在端頭液壓支架鋪設(shè)雙層菱形金屬網(wǎng)，然后采用錨桿加固充填區(qū)域頂板，先推刮板輸送機(jī)，后移架。每割一刀煤（800mm）施工一排3根錨桿，錨桿規(guī)格?20×2200mm，見(jiàn)圖4。若頂板較好，移架后能保持充填區(qū)域內(nèi)頂板不破碎、不離層，可以在支架后方支設(shè)錨桿。

圖4 充填區(qū)域上方加強(qiáng)支護(hù)圖

4.3 采空區(qū)擋矸方案

采用單體液壓支柱+鉸接頂梁+菱形金屬網(wǎng)擋矸，方案如下：?jiǎn)误w液壓支柱排距為300mm，柱距500mm，采用2排單體液壓支柱+鉸接頂梁密集聯(lián)合支護(hù)，在外側(cè)鋪設(shè)菱形金屬網(wǎng)，防止矸石進(jìn)入充填區(qū)域，見(jiàn)圖5。

圖5 留巷段加強(qiáng)支護(hù)圖

4.4 留巷段加強(qiáng)支護(hù)技術(shù)與方案

因西銘礦42206工作面回采期間及皮帶巷留巷期間，工作面及巷道頂板巖層活動(dòng)較為劇烈，因此，采用2根單體液壓支柱+π型梁進(jìn)行聯(lián)合加強(qiáng)支護(hù)，單體支柱柱距2100mm，排距800mm，邊柱距兩幫的距離分別為500m、1000mm，如圖5所示。

5 工業(yè)試驗(yàn)

5.1 支護(hù)效果分析

42206工作面采用如上沿空留巷支護(hù)技術(shù)方案進(jìn)行工作面回采及留巷工作，為研究以上方案參數(shù)的合理性及巷道圍巖的變形量，在皮帶巷每隔30m設(shè)置一個(gè)測(cè)站，分別記錄巷道兩幫及頂?shù)装遄冃瘟俊?/p>

通過(guò)提取測(cè)站數(shù)據(jù)分析，在工作面回采及留巷期間，在皮帶巷留巷后，兩幫移近量穩(wěn)定在112mm，頂?shù)装逡平糠€(wěn)定在142mm，完全可以保證沿空留巷的安全穩(wěn)定，保障下個(gè)工作面的正常回采需求。

5.2 經(jīng)濟(jì)效益分析

西銘煤礦42206工作面沿空留巷使42204工作面少掘約700m巷道，根據(jù)該礦提供的數(shù)據(jù)，半煤巖巷掘進(jìn)成本約為4025.3元/m，巷道掘進(jìn)總費(fèi)用為281.8萬(wàn)元。留巷后，可回收寬度20m的區(qū)段保護(hù)煤柱，煤層平均厚度1.8m，留巷長(zhǎng)度700m，煤炭容重1.4t/m3，回采率按照95%計(jì)算，則回收原煤33516t，噸煤售價(jià)按500元計(jì)算，回收煤柱所得效益為1675.8萬(wàn)元。西銘煤礦42206工作面沿空留巷700m，每米留巷成本4972.5元，沿空留巷總成本為348萬(wàn)元。

綜上，42206工作面采用沿空留巷能夠產(chǎn)生281.8+1675.8-348=1609.6萬(wàn)元的經(jīng)濟(jì)效益。

6 結(jié)束語(yǔ)

為緩解采掘接替緊張并提高煤炭資源采出率，針對(duì)西銘煤礦42206工作面皮帶巷進(jìn)行沿空留巷巷道支護(hù)技術(shù)研究，闡述了巷道原支護(hù)方式為螺紋鋼錨桿、鋼帶、錨索聯(lián)合支護(hù)；通過(guò)理論分析和工程經(jīng)驗(yàn)將充填體長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為3.2m，高度為2.0m，寬度為1.6m；確定了巷內(nèi)加強(qiáng)支護(hù)、充填區(qū)域頂板支護(hù)、采空區(qū)檔桿及留巷段加強(qiáng)支護(hù)方案，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，此支護(hù)方案可以保證沿空留巷的穩(wěn)定，且取得了較大的經(jīng)濟(jì)效益。