急傾斜大采高綜采工作面沿空留巷技術

周忠國 張孟軍 曾芳彬 張海云 劉 建 簡學才

（四川省華鎣山煤業股份有限公司綠水洞煤礦，四川華鎣 638600）

0 引言

隨著科技技術進步，綠水洞煤礦采煤機械化程度達到100%，但掘進機械化程度卻相對較低，導致采掘接替存在問題，掘進進度滯后所帶來的接替緊張已成為制約礦井發展的瓶頸。礦井傳統采區上下區段之間都留設一定寬度的煤柱，造成大量煤炭資源浪費，且煤柱留設不合理還會使覆巖應力在煤柱處集中，對巷道造成破壞，給采煤回采工作帶來安全威脅和較大巷道維修工程量，實施沿空留巷已然是大勢所趨[1-7]。

1 技術方案

1.1 密集擋矸工字鋼

（1）采用11＃礦用工字鋼（L=3m）配錨索（Φ=17.8mm，L=5000mm 的錨索）施工頂板走向橫梁，搭接處不能出現錯縫，每根工字鋼頂部施工3 個錨索眼孔，施工3 根錨索，錨索可先上錨具，限位不緊固。

（2）采用11＃礦用工字鋼（L=3m）在距機巷高幫1.5m處施工底板走向底梁，每根工字鋼施工3 組脹殼式錨桿（Φ=16mm，L=1500mm）配壓板（δ≥10mm）支護，錨桿間距1.5m，并施工2 根“7”字穩樁（Φ=35mm，L=900mm），間距1m，底梁搭接處不能出現錯縫（現場有回收的錨棚支架梁子也可做底梁）。

（3）在底板走向底梁上側施工擋矸工字鋼柱窩，深度不低于0.3m（實底以下），然后架設擋矸工字鋼（嚴禁滯后于支架切頂線，并預留人行通道，寬度不低于0.8m），間距0.4m。上端掛靠在頂板走向橫梁上，下端立于柱窩內，擋矸工字鋼必須施工在堅硬底板上。

（4）采用15kg/m 鋼軌或11#礦用工字鋼將擋矸工字鋼連成整體，配U 型卡固定，實行上下雙排連接，第一排距頂板1.3m，第二排距頂板2.2m。

（5）在擋矸工字鋼上方鋪設網片（雙層錯縫搭接，網片搭接位置必須是工字鋼）、風筒布及墊層，風筒布必須壓在走向橫梁內，網片和風筒布必須用鐵絲捆扎牢靠，當1＃液壓支架與擋矸工字鋼間隙超過0.3m 時，必須在切頂線位置施工1 根單體液壓支柱，嚴防采空區竄矸。

（6）沿空留巷旁及巷內頂板支護采用樹脂錨桿（Φ=18mm，L=2000mm）配菱形金屬網及錨索（Φ=17.8mm，L=5000mm 的錨索），錨桿間排距1m，錨索間距2.5m，巷旁頂板支護采用錨梁（槽鋼長度3m，沿走向布置）。

（7）在擋矸工字鋼外側施工斜撐鋼梁，頂端緊貼頂板，采用樹脂錨桿（Φ=18mm，L=2000mm）配壓板（δ≥10mm）鎖固，并使用穩樁（Φ=36mm，L=300mm）固定，尾端設置于距頂板1.3m 處擋矸工字鋼處鋼軌上方，斜撐鋼梁間距3m。

（8）沿空留巷旁及高幫側底板采用脹殼式錨桿（Φ=16mm，L=1800mm）配菱形金屬網及錨索（Φ=17.8mm，L=3000mm 的錨索）配鋼帶進行聯合支護，錨桿間排距1m，錨索間距2m，鋼帶縱橫布置。第一排脹殼式錨桿利用底板走向底梁鎖固的脹殼式錨桿。若高幫側底板出現推底，則必須關盒子板，采取澆筑和噴射砼處理，厚度不小于0.5m，斜面厚度不小于0.3m。

（9）對沿空留巷巷內補強支護采用雙排單體液壓支柱配走向槽鋼（12＃），支柱間距1m，迎山有力，高幫側支柱距高幫0.5m，矮幫側支柱距矮幫1.2m，補強支護長度不得小于60m，所有活柱和三用閥包裹支護，并保證車輛正常運行寬度。

（10）對沿空留巷段及時進行噴射砼支護，強度等級為C30，噴漿厚度≥50mm。若噴射混凝土支護效果差，則在擋矸工字鋼外側增掛金屬網，噴射混凝土支護前必須先堵漏處理，噴射混凝土支護滯后沿空留巷鋼梁距離不得大于3m，反彈料必須及時處理。

1.2 柔模混凝土

（1）工藝流程：安全檢查→底板及高幫側清收浮煤矸至實底，確保達到設計尺寸→頂板植筋及施工頂上固定柔性模板錨桿→柔性模板展開及邊緣孔穿圓鋼→掛柔性模板及穿錨栓→底板植筋→柔性模板外側采用單體液壓支柱配木板支模→預埋排水管(兼注氮管)→注漿→清洗設備及現場文明生產。

（2）頂板上布置一排φ=20mm、L=750mm 螺紋鋼式樹脂錨桿作為植筋錨桿，排距1m，外露長度200mm。柔性模板上端兩側耳座固定采用φ=20mm、L=750mm 螺紋鋼式樹脂錨桿，錨桿間距0.6m，排距1m，外露長度不超過100mm，每根錨桿眼孔內裝填一支CK2370 型樹脂錨固劑。采用φ=16mm 圓鋼穿入柔性模板兩側耳座邊緣孔中。

（3）在擋矸工字鋼下方靠高幫側掛設長度3m 或4m、寬度0.6m、高度4.5m 或4.7m（隨頂板傾角變化而定）的柔性模板，傾角85°～87°。

（4）為控制柔模成形，采用φ=20mm、L=750mm 全螺紋鋼式樹脂錨桿，兩端配托盤和螺母形成錨栓，間排距0.6 ～1.0m。柔性模板外側采用戴帽點柱或單體液壓支柱配方木進行支護，支柱柱距1m，在柔性模板與支柱間插入δ=50mm 的木板，柔性模板靠工作面煤壁側打設一根單體液壓支柱，使其側邊呈凹狀，成型后取掉該支柱，使相鄰柔性模板之間實現密接，減少間隙和漏風。

2 試驗工作面概況

3122 工作面位于龍王洞背斜東翼南+350m 水平312 采區，為單斜構造，對應地面標高為+875 ～+995m，井下標高為+450 ～+550m，工作面位于水井灣附近，地形為緩斜坡地形，北高南低，地面多被竹林、灌木覆蓋，無大面積水體和其他建筑物存在。工作面可采走向長度790m，傾斜長度110 ～130m，平均傾斜長度120m，采用走向長壁后退式采煤方法和綜合機械化回采工藝，采空區處理采用全部垮落法管理頂板。3122 工作面開采K1 煤層，以合成煤為主，局部煤層分岔，煤種為焦煤和焦肥煤，煤層厚度2.65m ～3.97m，一般厚度2.73m，傾角30°～ 46°，平均傾角38°，煤層普氏硬度系數f∈[1.0 ～1.5]，夾矸2 ～4 層，屬較復雜結構煤層，煤層中部有一層0.07m 的高嶺石夾矸，在井田內比較穩定，厚度變化小，為井田內煤層對比的標志層，標志層以上有一層夾矸，厚度為0.05 ～1.80m，厚度變化較大，巖性為鈣質泥巖、泥巖、砂質泥巖和砂巖，硬度系數f∈[4 ～6]，當夾矸厚度大于0.5m 時，將煤層分為上下兩層，下分層厚度1.0 ～1.6m，上分層厚度0.8 ～1.1m。3122 工作面位于K1 煤層中，煤層偽頂為灰色黏土泥巖，厚度0 ～0.3m，含植物根、葉化石，吸水性強。直接頂上部為深灰色泥巖，下部為灰色鈣質泥巖，含黃鐵礦團塊，厚度6.8 ～10.2m?；卷斏喜繛樯罨疑鄮r，中部為泥質灰巖，下部為灰黑色硅質薄層灰巖，俗稱“小鐵板”，厚度6.2 ～11.4m。直接底為灰色泥巖，灰白色細砂巖，含黃鐵礦晶粒，厚度3.8 ～6.8m?；镜咨喜繛橹泻駥訝罴毶皫r，中部為中砂巖，下部為灰白色鋁土巖，富含黃鐵礦結核，厚度3.1 ～5.7m。采面內頂、底板全區都很完整，局部凹凸不平，裂隙不發育，故頂、底板屬中等類型。

3 現場實施過程改進與優化

（1）縱向擋矸工字鋼防上下兩端防脫扣，特別是在采煤工作面頂板初次來壓和周期來壓期間，防止縱向擋矸工字鋼受力后彎曲變形彈出走向橫梁，在縱向擋矸工字鋼防上端焊接長度200mm 鐵板，形成“7”字形，掛設縱向擋矸工字鋼時要求上端必須插入走向橫梁，在底板設置深度300mm 柱窩，縱向擋矸工字鋼下端置入柱窩內，再采用11#礦用工字鋼配錨索、穩樁施工底梁，阻止縱向擋矸工字鋼受力后下端滑移。

（2）擋矸工字鋼承受采煤工作面頂板初次來壓的沖擊。一是將所有縱向擋矸工字鋼連成整體，初期考慮上下兩排，形成共同受力體；二是對機頭段采空區側頂板采取預裂爆破，使爆破垮落產生的矸石堆積至縱向擋矸工字鋼上方，先期形成墊層；三是人工鋪設墊層，利用巷道臥底處理后的浮矸裝袋后扔到縱向擋矸工字鋼上方；四是在縱向擋矸工字鋼下方施工反崩支柱，利用單體液壓支柱抗擊沖擊；五是通過縱向擋矸工字鋼空隙向采空區內注漿（砂漿或粉煤灰均可）。

（3）初期采用單一密集擋矸工字鋼，采空區極易出現漏風，采取多項技術措施防止采空區漏風。一是在縱向擋矸工字鋼上方從頂板至底板鋪設一層風筒布，要求風筒布上端穿過頂板走向橫梁，風筒布下端適當延長；二是對縱向擋矸工字鋼外側及時噴漿支護進行封堵，針對噴漿效果差的情形，采取在縱向擋矸工字鋼外側增掛一層金屬網或焊網，確保噴漿支護時能夠掛得住漿、封得嚴實；三是嚴格控制1#液壓支架與縱向擋矸工字鋼的距離，縮小漏風空間。

（4）初期柔?；炷林苽溲b備安裝在3122 機巷靠尾部進風石門側，材料運輸到位后需大量勞動力卸車和上料，提升卸料和上料速度。一是對柔?；炷猎O備溜子上料段巷道進行臥底處理，確保溜子上表面與巷道底板齊平或略低；二是材料盡量采用2T 側卸式礦車裝車，運輸到位后直接從兩側卸料；三是對312S 底抽巷有淋水段施工遮雨棚，對裝材料的礦車在面上設置遮蓋，防止材料運輸過程中因淋水造成材料板凝固。隨著采煤工作面向前回采和推進，靠尾部進風石門側柔模混凝土設備管路過遠，容易造成堵塞，影響柔模注漿效果，后續考慮在312S 底抽巷施工柔?；炷猎O備砼室，將配套設備安裝在底抽巷，通過底抽巷向機巷施工穿層鉆孔和安裝管路，然后再實施混凝土輸送，一方面縮短材料的運輸距離，另一方面縮短管路距離，避免管路堵塞，連續注入混凝土，增加墻體強度?？紤]到在底板抽采巷柔?；炷敛牧蠑嚢钑r需要大量電機冷卻水，從柔模混凝土設備硐室對應底抽巷非人行側施工放水孔至3122 放水巷，解決巷道積水的問題。

（5）增加護巷支架，減少密集擋矸工字鋼施工勞動強度。第一種方案是采用呈階梯狀的護巷支架。一種用于大傾角中厚煤層沿空留巷配套裝置，主要由第一擋矸液壓支架、第二擋矸液壓支架、第三擋矸液壓支架、第四擋矸液壓支架、第五擋矸液壓支架、機頭缺口、第一排頭液壓支架、第六液壓支架、擋矸網、擋矸柱、端頭支架、行人通道、機巷、補強頂錨索、補強頂錨桿、補強底錨索、補強底錨桿組成，工作面切眼下部設置機頭缺口，第一排頭液壓支架安設于機頭靠機巷高幫，第一擋矸液壓支架安設于第一排頭支架上側，第二擋矸液壓支架安設于第一擋矸液壓支架上側，第三擋矸液壓支架安設于第二擋矸液壓支架上側，第四擋矸液壓支架安設于第三擋矸液壓支架上側，第五擋矸液壓支架安設于第四擋矸液壓支架上側，第六液壓支架安設于第五擋矸液壓支架上側，擋矸柱支設于第一排頭液壓支架與機頭缺口之間，擋矸網鋪設于擋矸柱上側，補強頂錨索、補強頂錨桿靠擋矸柱下側施工于頂板，補強底錨索、補強底錨桿靠擋矸柱下側施工于底板，端頭支架安設于機巷內，沿機巷走向布置，行人通道與端頭支架間采用鉸接連接。機頭缺口傾斜長度為10.5m，走向長度為6m。第一擋矸液壓支架、第二擋矸液壓支架、第三擋矸液壓支架、第四擋矸液壓支架、第五擋矸液壓支架呈臺階狀布置，頂梁后方錯差1.2m，擋矸柱距機巷高幫0.8 ～1m。第二種方案是研發新的護巷支架，以方便運輸和井下安裝為原則，在實施過程中進行安裝，安裝難度較大。

4 實施效果

在綠水洞煤礦3122 綜采工作面3122 機巷順利完成工業性試驗，成功實現沿空留巷。

5 結語

綠水洞煤礦首次在大采高、急傾斜、中厚煤層條件下實施沿空留巷，通過大膽嘗試取得成功，為類似條件礦井采面實施沿空留巷提供了技術指導，為后續沿空留巷技術推廣提供了參考和思路。礦井實施沿空留巷后大大緩解了接替緊張局面，結合礦井實際情況設計使用護巷支架，確保沿空留巷進度與采面回采進度匹配。本文提出階梯式護巷支架理念和工藝，設計了一種用于大傾角中厚煤層沿空留巷配套裝置，為后續沿空留巷技術深入推廣打下堅實基礎。