高水材料巷旁充填沿空留巷技術的應用

趙偉偉

【摘 要】 高水材料巷旁充填沿空留巷技術為實現煤炭資源的高采出率提供了可能。為減少巷道采掘成本，本文以楊村煤礦掘進工作面為研究背景，采用高水材料巷旁充填進行護巷。試驗結果表明：巷旁充填寬度為1 m，高水材料水灰比為2∶1，同時輔以超前加固技術及巷道補強支護可以保證沿空留巷效果。此技術可減少巷道掘進量，節約成本，同時有效控制了沿空留巷圍巖的變形，保證了煤炭資源安全高產高效開采。

【關鍵詞】 巷旁充填;沿空留巷;采出率;加固技術

【中圖分類號】 TD353 【文獻標識碼】 A 【文章編號】 2096-4102（2021）06-0021-03

煤炭資源的安全高產高效開采，一直是煤礦開采的發展方向。高水材料巷旁充填沿空留巷技術對提高煤炭資源采出率及巷道支護提供了有力支持，而沿空留巷技術的關鍵在于選取合適的加固支護技術和巷旁充填隔離技術。閆帥等對復用回采巷道護巷的合理煤柱寬度進行了研究，并確定了合理的煤柱寬度。王德超等通過試驗對不同寬度煤柱下的深部厚煤層綜放沿空掘巷進行了試驗研究，并得出合理的煤柱寬度。張廣超等以羊場灣煤礦為研究背景，通過數值模擬與現場試驗得出高強度開采綜放工作面下煤柱的合理寬度為10m。

本文以兗州煤業股份有限公司楊村煤礦為工程背景，采用高水材料巷旁充填沿空留巷技術，可實現工作面無煤柱開采，可減少巷道掘進量，提高經濟效益。本文研究成果可以為其他相似工程條件下的煤礦開采提供借鑒與參考。

1工程概況

楊村煤礦15號煤的煤層厚度約為4.5-6.0m，平均5.48m。工作面頂底板煤巖情況如表1所示。楊村煤礦15021運輸巷為沿空留巷，15031為工作面回風巷，為確保留巷成功，需提前對所留巷道在回采工作面前后100m范圍內采取補強支護及加固措施，巷旁充填需在距回采工作面后方20m以外。補強支護方式為對巷道加密錨桿支護及采用單體液壓支柱配合π型鋼加固，巷旁充填方式為采用高水材料進行充填。沿空留巷及巷旁充填示意圖如圖1所示，煤巖柱圖如表1所示。

2巷道加固技術方案

巷道的原支護方案是采用錨桿、錨索、鋼筋網以及鋼帶進行加固，加固技術如圖2所示。

錨桿：巷道的頂板使用MSGLW-500/22×2200左旋無縱肋螺紋鋼樹脂錨桿，錨桿間距0.8×1.0m;巷道兩幫采用MSGLD-500/20×2200左旋等強螺紋鋼式樹脂錨桿，錨桿間距為0.8×1.0m。

錨索：巷道的中間采用SKP18-1/1860×7000型號的錨索布設，間距為1.9m。

鋼筋網采用LW-50/4-SZ的菱形形狀網，鋼筋的搭接長度為1.0m。

巷道的頂板使用T型鋼帶，巷道的兩幫使用Φ10mm圓鋼加工而成的鋼筋。

3巷旁充填技術作用機理、方案與工藝

3.1巷旁充填技術作用機理

巷旁充填體應該具有早期強度高、耐高溫等主要特性，同時巷旁充填體與工作面一起進行作業，與巷道內其他支護共同作用，保證巷道直接頂的穩定性，降低巷旁充填體所承受的載荷。

隨著巷道工作面的推進，基本頂會發生破壞沉降，在基本頂發生破壞時充填體的支護阻力須達到切頂阻力，切斷采空區側基本頂，從而降低充填體得載荷。

巷道圍巖穩定后，充填體支護阻力的大小應不小于巷道上方已切斷巖層的重力，同時巷道頂板的沉降量在允許范圍內。

3.2充填方案

結合15021運輸巷現場實際地質條件最終確定充填體寬度1.0m，高度為采高，每次充填長度為3.2m，充填水灰比為2∶1。為提高巷旁充填體橫向上的抗變形能力和承載能力，在作業時采用φ22mm的螺紋鋼、鋼筋網等在充填體的兩側進行加固，提高充填體的整體抗橫向變形及承載能力。

3.3充填工藝

材料的準備和儲存。灌裝前，按灌裝量準備足夠的A、B原料。這兩種原材料應分開放置。按比例使用的水應干凈，方便使用。加注泵應清潔，運行正常。輸送管道應保持暢通，無泄漏。

準備好充填的位置。將填充點的浮煤屑清理干凈，同時檢查填充點支撐是否牢固，當錨網支撐完好時，取出填充位置的單個液壓支柱，然后根據填充位置和填充寬度將金屬骨架放置在兩側，用張拉桿固定兩側的金屬骨架，最后將填充袋放入金屬骨架中。

攪拌和填充物。將材料A和材料B倒入不同的攪拌桶中，按水與水泥比2∶1均勻攪拌，倒入雙料填泵，由填泵加壓，將填充袋在填點通過管道輸送。當其與巷道的上底板密切接觸后，停止進行填料，同時將填充袋的袋口綁扎嚴密，防止發生泄漏。填充過程如圖3所示。

3.4高水材料力學性能分析

為了更好地探究高水充填材料的力學性能，分別采用90%、93%、96%、97%四個級別水體積的材料固結體進行試驗分析，選用DFPK和DFPM的材料型號。養護溫度設定為20℃，水溫設定為19℃。高水充填材料不同時期強度變化曲線如圖4所示。

由圖4可以看出，高水充填材料固結體隨水體積的增大，強度有所下降，同時具有明顯的早強、增長速度快的特征，在168h后高水充填材料的強度增長相對緩慢，但其達到了峰值強度的70%-90%。

4巷旁充填技術經濟效益分析

采用沿空留巷技術后，在前期留巷工程和后期維護所需的勞動力與采掘巷道所需的勞動力大致相同，但加固支護所需材料和充填所需的材料為掘進支護所需材料的50%，每延米巷道支護費用可減少1800元，同時可多采出約4.5噸原煤，為礦井高效生產提供了保障，提高了企業的經濟效益。

5結語

采用高水材料巷旁充填沿空留巷技術在楊村煤礦的成功使用，為其他工作面的高效開采提供了借鑒。

高水材料巷旁充填沿空留巷技術實現了無煤柱開采，解決了楊村煤礦采掘進度緩慢、成本高、采掘交替緊張等問題，提高了礦山的經濟效益，為礦山的高效生產提供了保證。

【參考文獻】

[1]宋沛鑫.動壓影響下軟弱泥巖頂底板巷道支護技術研究[J].山西能源學院學報，2020，33（1）：7-9.

[2]許文靜.巷道動壓對巷道支護影響研究[J].山西能源學院學報，2017，30（4）：16-17.

[3]楊曉杰，婁浩朋，崔楠，等.軟巖巷道大變形機理及支護研究[J].煤炭科學技術，2015，43（9）：1-6.

[4]王曉琿.沿空掘巷窄煤柱穩定性控制技術[J].煤礦現代化，2019（6）：4-6.

[5]閆帥，柏建彪，卞卡，等.復用回采巷道護巷煤柱合理寬度研究[J].巖土力學，2012，33（10）：3081-3087.

[6]王德超，李術才，王琦，等.深部厚煤層綜放沿空掘巷煤柱合理寬度試驗研究[J].巖石力學與工程學報，2014，33（3）：539-548.

[7]張廣超，何富連，來永輝，等.高強度開采綜放工作面區段煤柱合理寬度與控制技術[J].煤炭學報，2016，41（9）：2188-2194.

[8]王冬，李洪偉，趙仁生.深部沿空留巷巷旁充填材料試驗研究[J].煤炭科技，2020，41（3）：32-35.