留窄小煤柱沿空留巷在綜采工作面的應用研究

牟平平

（西山煤電集團有限責任公司東曲礦， 山西 太原 030053）

引言

留設窄小煤柱沿空留巷技術可保障巷道長期處于應力降低區域，減少巷道的后期維修養護成本。煤礦采用沿空留巷技術不僅能夠緩解采掘接替緊張的情況，減少掘進的作業量，同時還可以提高回采效率，延長礦井的服務年限，對于提高礦井生產安全性和經濟性具有重大意義。東曲礦目前回采8號煤層28802工作面，為節約煤炭資源，提高煤炭采出率，延長8號煤層服務年限，在28802工作面回采完成后，擬在28803工作面采用小煤柱沿空留巷。但由于留小煤柱沿空掘巷，受臨近采空區側向支承壓力影響，巷道變形量大，維護困難，在回采階段需對28802工作面兩順槽加強支護，保證采空區巷道圍巖變形側向支承壓力影響下在可控范圍之內，為后期小煤柱開采時的合理煤柱尺寸留設以及為28803工作面順利回采創造安全條件。

1 東曲礦28803綜采工作面概況

東曲礦28803綜采工作面地表位于麻坪嶺村莊東南, 蓋山厚度190～340 m，該工作面北西方向為已形成的28802工作面，皮帶順槽外側南東方向為白家山斷層，切眼南西方向為八采邊界回風巷，北東方向為大巷保護煤柱。28802綜采工作面所采8號煤層結構簡單，8號煤組厚度在3.53～5.89 m之間，平均厚度為4.65 m，煤層平均傾角為5°。工作面傾向長度為320 m，走向長度為1 700 m，8號直接頂為泥灰巖，厚度約為0.76 m，普氏硬度為7，不易垮落；基本頂為由碎屑、石英、白云母組成的粗砂巖，平均厚度為9.6 m，緊密結實；直接底為平均厚度3 m的細砂巖；基本底為平均厚度2.7 m的泥巖，上部有細砂巖。以“兩進一回”的布置形式沿煤層頂板掘進3條巷道，巷道布置示意圖如圖1所示。

圖1 巷道布置示意圖（單位：mm）

2 東曲礦28803綜采工作面沿空留巷充填系統的設計分析

2.1 泵站布設

漿液的長距離輸送是通過充填系統實現的。通過對28803工作面情況分析，發現其周邊并沒有合適的充填區域，且所掘的充填硐室并不能滿足充填作業要求，經過分析，在工作面前方200 m處布置充填泵站，在移動平板車上安置注漿泵，并根據需要移動方便注漿泵。注漿泵配置4個攪拌桶，攪拌桶內分別注入A、B兩種不同的漿液，可以通過采用交替供液方式實現連續供給，泵站布置圖如圖2所示。

圖2 泵站布置圖

2.2 管路布設

充填作業點通過布置的2條管路與工作面連通，采用三通混合器混合漿液，選用DN40型高壓鋼管通過焊接制作成10 m長的混合管道。

3 東曲礦28803綜采工作面沿空留巷技術的應用分析

通過對工作面覆巖關鍵塊的穩定性分析可知:在二次采動的影響下，由于塊體斷裂而產生的大結構仍能保持穩定狀態，因此直接頂和留巷頂煤的懸臂結構是否能承載較大壓力是影響綜放作業面留巷穩定性的關鍵因素。通過對頂板實施錨索補強加固措施，增強其自由端支撐，保證懸臂結構在較大的承載力下不出現彎曲，使其具備滿足安全生產要求的可靠性。除此之外，通過加強懸臂梁的固支端即開展煤壁側補強支護作業，從而加強懸臂梁的承載性，其具體實施方法如下:

3.1 膜袋加固

在不斷推移回采作業的過程中，上部覆巖下沉會產生向下的壓力，此壓力逐漸施加在巷旁充填體上，并且基本頂會發生破斷回轉，這時就會產生需要巷旁充填體直接承載的側向壓力，在雙重壓力下，工作面后方產生的支撐壓力變得更高，嚴重影響充填體的承載力和完整性。為了克服這些問題，需要制定能夠增強充填體穩定性和強度的合理方案:將螺紋鋼對拉鋼筋于充填作業前布置到充填膜袋內，在充填液體凝固之后就需施加側向約束力，從而提升充填體的穩定性和強度。

3.2“超前單體+鉸接頂梁”支護

“單體液壓支柱+鉸接頂梁”支護方案是在超前作業面20 m區域范圍內采用1.2 m長的鉸接頂梁布置加強支護。實施這種措施能夠在回采作業中最大限度地縮減超前支撐壓力對留設巷道產生的影響，從而達到增強巷道安全性和穩定性的目的。“超前單體+鉸接頂梁”支護布置圖如圖3所示。

圖3 “超前單體+鉸接頂梁”支護布置圖

3.3 頂板錨索補強

在留巷頂板再次打設錨索，每一排新增3根錨索，采用2 m的間距，且與之前的錨索交錯布置，其中1、2和3錨索分別布置在作業面煤幫、充填體正上方和距幫壁1m處;1、2和3錨索直徑均為22 mm，長度分別為5.3 m、8.3 m和8.3 m。

3.4 防止巖石垮落技術

針對在28803工作面回采后極容易出現頂板垮落巖塊進入巷道的情況，將廢舊的36U型鋼材質柱腿搭設于巷道上方，同時，將菱形網提前布設在液壓支架的上方，并搭接在巷道頂板的鐵絲網上，起到擋矸的作用。36U型鋼柱腿示意圖如圖4所示，可在巷道煤壁側進行鉆孔，防止巖石垮落。

圖4 36U型鋼柱腿示意圖（單位：mm）

4 實施效果分析

為充填體安置型號為GPD30應力感應裝置，測量和記錄充填體受到隨時間變化的應力，繪制應力曲線，如圖5所示。

圖5 應力曲線圖

從分析圖5應力曲線可知:充填體內部所承受的壓力隨著工作面間隔的增加而緩慢增加，壓力在作業面后方10 m處開始出現變化，推進至80 m時，壓力開始走向平穩，且內部壓力≤4 MPa。總之，工作面頂板在回采作業過程中慢慢下沉，而充填體受到擠壓壓縮增阻，對頂板起到很強的支撐作用，使頂板的變形在可控范圍內，充填體始終保持良好的完整性和穩定性，且可壓縮性和設計強度滿足使用要求。在28803工作面回采期間，臨時采取木垛、加密點柱等方式對支護進行強化，實現對巷道變形的有效控制。結合觀測的數據統計:回采期間，整條巷道的頂板最大下沉量為200 mm，平均下沉量在90 mm左右。因此，采用膜袋加固、“超前單體+鉸接頂梁”支護、頂板錨索補強等措施可有效抵制采空區側向壓力的影響，控制留巷的變形。

5 結語

東曲礦在22803綜采工作面采用沿空留巷開采工藝不僅能夠使煤炭回采率得到最大限度的提升，同時還能夠保證井下的安全生產；解決受留巷影響綜采工作面推進速度慢和巷道受礦壓影響破壞嚴重等問題，大幅提升礦井的服務周期，實現礦井安全高效開采。