屯蘭礦22301 工作面巷旁充填沿空留巷技術研究

劉 亞 軍

（山西焦煤西山煤電集團有限責任公司屯蘭礦，山西 古交 030206）

0 引 言

沿空留巷在開采工作中具有十分關鍵的作用。當吸附性以及瓦斯參數較大的時候，不但要應用先抽后采的方法來進行管理，并且由于回采期間現實的瓦斯所涉及的范圍較大，借助U 型通風來予以處理，通常情況下能夠知識瓦斯產生超標等情況，這會對在運行期間的安全系數帶來較為嚴重的消極影響，同時還會大大降低穩定性。就目前的形式來講，瓦斯方面的問題依然沒有被徹底解決[1-4]。在最近幾年中，現實開采尺寸以及頻率持續上升，在此影響下，由于瓦斯而帶來的危險也大幅度上升。

屯蘭礦目前采用U 型通風+大直徑鉆孔抽采采空區瓦斯的治理模式，瓦斯抽采巷需要經歷2 次采動影響，巷道變形量大，每個工作面需要損失20m 煤柱，煤炭資源損失大，2#煤層皮帶巷回風，安全風險大。沿空留巷后可實現Y 型通風，兩順槽進風且完全無煤柱開采。

1 工作面生產地質條件

22301 工作面地表東邊連接著聯營礦，西邊同風平嶺之間的距離較近，北邊可以歸類為金之中礦，當中具有固定的橫穿工作面，同時該地區表面能夠歸類為山地，現實的切割痕跡十分顯著，其中溝谷始終維持著獨特的縱橫形式，地面主要通過長畛溝等組成。在對該地面開展一系列研究之后，我們能夠了解到其可歸類為由季節性引起的溝谷，表層具有氣鉆孔，深度在 之間。22301 工作面井下位于北三盤區右翼，西接北三回風巷，東至北一盤區邊界煤柱，與22118 采空區最短間距36m，南鄰22303 工作面，北邊同 面距離較近（并未正式實施），具體情況可以參考圖1。

圖1 22301 工作面采掘工程平面圖

22301 工作面平均長度2652m，工作面傾斜長度205m，工作面沿2#煤層回采，煤層厚度4.15～5.50m，平均4.75m 煤層最大傾角8°，最小傾角2°，平均約4°。22301 工作面原始瓦斯含量6.48m3/t，經預抽后殘余5.4551m3/t。根據地測防治水科提供的22301 工作面頂底板地質情況，1#煤層的上鄰近層為03#煤層，3#煤層的下鄰近層為4#煤層，經過綜合分析得出，工作面回采時瓦斯來源主要為本煤層瓦斯及上、下鄰近層瓦斯。按照采掘期間瓦斯的實際情況，可以推測出22301 工作面瓦斯產量為37m3/min，對回采影響較小。

22301 工作面采用MG750/1780-GWD 型雙滾筒采煤機雙向割煤，進刀深度為0.86m；使用采煤裝置螺旋滾筒結合輸送裝置來盛放煤；工作面主要使用輸送裝置、轉載裝置、破碎裝置和來對煤進行運輸。目前，22301 工作面正在回采，距22301 措施巷還有1 200m 左右，22301 措施巷與22301 皮帶順槽開處距離為1 600m 左右，在回采到22301 措施巷前開始留巷。

2 沿空留巷基本支護技術

沿空留巷在維護期間所耗費的時間較長，且屬于破裂部分，其塑性區域偏大，圍巖變化現象較為顯著，且附近圍巖遭到損害的現象較為嚴重。為了進一步提升對圍巖的保護，需要提升沿空留巷重要方位的穩定性，其中支護結構需要發揮其真實作用，不但確保圍巖能夠在較大程度上保持原狀，同時還可以適應其改變程度[5-7]。通過一系列探索我們能夠了解到，支護具在工作期間的原理主要呈現為以下幾方面：

1）支護具在強度方面具有較大優勢，能夠在短時間內適應變形。當本頂遭到破壞的時候，圍巖的形狀會顯著改變。要想避免該現象的發生，不但需要提升支護體的承受力，同時還需要提升其強度，從而達到保護圍巖的作用，較大程度上為圍巖提供保障；其次，就算沿空留巷大的形狀有所改變，在高阻環境中，圍巖受到影響而產生變形，緩解支護體負重情況，防止其被破快，以此來改進維護措施。所以巷內大部分支護都具有較為理想的強度，并且在延伸方面具有較高優勢，確保圍巖形狀能夠保持原狀，這能夠在較大程度上呈現出支護的作用，為其他工作面奠定基礎。

2）由于在技術以及費用方面具有一定的限制，因此在沿空留巷應力調整期間，應力表現較為顯著，圍巖形狀大幅度改變，支護受到了限制，不能確保頂板穩定。在該種情況下，需要提升支護的性能，來起到支撐的作用，提升穩定性。同時還需要確保頂板不會受損，從而降低動載，這同樣能夠在一定程度上增強穩定性。等到上覆巖層不在動蕩之后，可以參考當時實際情況考慮十分取消加強支護。

3）提升圍巖的強度，確保其不受損。錨桿支護技術能夠在較高程度上提升高錨固體的相關參數，改變目標的功能，增強其強度，尤其是殘余強度大幅度提升，可以起到支撐圍巖的作用，確保其形狀不會受到較大影響，以此來實現防止變形的作用。如果圍巖出現了破碎的痕跡，則會對其自身強度帶來較大的消極影響，同時還會致使錨桿性能受損。該情況下可以選擇注漿來實現加固，從而達到降低變形的目的。

3 工作面巷旁充填沿空留巷技術應用

3.1 巷旁充填體參數設計

根據22301 工作面地質條件，通過一系列計算，同時結合之前的經驗以及未來的具體使用方向，設水灰比為1.5：1，充填體高3.5m，寬2.2m，且均處于采空部分中，巷道寬4.5m，充填體一次充填長度根據工作面推進速度設計為3.4m（4 刀），1 天充填1 次或2 次。為了減輕施工難度，端頭前5 架支架割煤高度不得超過3.5m。割煤時高度沿頂控制在3.2m，移架后再平整底煤。

使用鋼筋網等較為堅固的物質來對充填體提供保護，確保其具備較為理想的抗變形能力。在設計過程中，令排距為900mm×850mm，最低端同底板之間的距離為400mm，最上端同頂板之間的距離為400mm。在對拉錨桿進行處理的過程中，主要使用尺寸為φ22mm 的螺紋鋼材質，其兩邊均使用滾絲工藝加工或經過熱處理，避免強度損失。使用尺寸為φ16的鋼筋梯子梁，托盤大小為：130mm×130mm×10mm。鋼筋網主要使用尺寸為6.5mm 的鋼筋制作而成，網格大尺寸為80mm×80mm，鋼筋網搭接區域大于100mm，充填體加固圖如圖2 所示。

圖2 充填體加強支護布置圖

3.2 應用效果及社會經濟效益分析

3.2.1 經濟效益分析

屯蘭礦22301 工作面沿空留巷使下一區段少掘約1 600m 巷道，巷道掘進期間所耗費的資金為500元/m 左右，巷道掘進過程中一共耗費了800 萬元。留巷后，能夠回收的尺寸為20m 的煤柱，煤層厚4.75m，留巷長1 600m，煤炭容重1.35t/m3，回采率根據96%來展開運算，此時通過回收所得到的原煤為194 940t，售價根據700 元進行運算，在此基礎上所獲得的收益為13 645.8 萬元。22301 工作面沿空留巷為1 600m，平均每米所耗費的資金為1 4200 元，總成本是2 272 萬元。

綜上分析，該工作面通過沿空留巷可以形成800.0+13 645.8-2 272=12 173.8 萬元的直接經濟效益。

3.2.2 社會效益分析

1）提高了煤炭資源回收率，促進了采煤方法和巷道布置的改革。

2）和掘巷相比，同樣準備一個工作面可少掘一條巷道，掘進率降低30%左右，可大大緩解回采工作面接替緊張的局面。

3）沿空留巷實現了工作面的Y 型通風，兩順槽都進新鮮風流，解決了隅角瓦斯積聚，優化通風系統，有利于安全生產。

4）由于沿空留下的巷道仍保持正常的通風、排水，可作為工作面的另一個安全出口，提高了工作面的抗災變能力。

5）和混凝土沿空留巷相比，輔助運輸量小，充填工藝簡單，可直接接頂，操作方便。

4 結 語

巷旁充填沿空留巷技術在屯蘭礦22301 工作面的應用取得了初步的效果，22301 工作面采用沿空留巷能夠產生12 173.8 萬元的直接經濟效益，同時巷旁充填沿空留巷技術提高了煤炭資源回收率，促進了采煤方法和巷道布置的改革，同時實現了工作面的Y 型通風，兩順槽都進新鮮風流，解決了隅角瓦斯積聚，優化通風系統，有利于安全生產。