郭生杰

（晉中長(zhǎng)泰安全科技有限責(zé)任公司，山西 晉中 030600）

隨著我國(guó)工作面開(kāi)采深度的增加，我國(guó)現(xiàn)有的很多開(kāi)采工作面都顯現(xiàn)出深部開(kāi)采的特點(diǎn)，往往面臨著更大的地應(yīng)力，需要留設(shè)比淺部煤層更多的煤柱來(lái)保護(hù)巷道，這就造成了極大的煤炭資源損失[1-2]。近年來(lái)提出的無(wú)護(hù)巷煤柱的開(kāi)采方法，不僅能提高煤炭利用率，而且減少了巷道的掘進(jìn)工程量，保證了生產(chǎn)的連續(xù)性，同時(shí)沿空留巷形成的Y型通風(fēng)可有效地緩解工作面瓦斯超限問(wèn)題，具有極大的優(yōu)越性[3-4]。本文以貴州林華煤礦20916工作面為研究對(duì)象，進(jìn)行深部開(kāi)采的沿空留巷技術(shù)方法研究探討。

1 工程概況

林華煤礦位于貴州省金沙縣西南，為煤與瓦斯突出礦井。現(xiàn)開(kāi)采9#煤層，位于上二疊系龍?zhí)督M，煤層厚度為0.8～3.24m，平均傾角10°，為大部穩(wěn)定可采煤層。

20916工作面位于二采區(qū)，開(kāi)采水平為+800m，屬于深部開(kāi)采工作面，采用上行開(kāi)采。工作面采高為2.2～2.6m，采用綜合機(jī)械化一次采全高。運(yùn)輸順槽布置為矩形截面，尺寸為4.5m×2.8m，工作面布置如圖1所示。20916工作面直接頂為破碎松軟的粉砂質(zhì)泥巖，厚度為15.97m。在20916工作面開(kāi)采過(guò)后，將20916工作面的回風(fēng)順槽保護(hù)起來(lái)，作為20912回采工作面的運(yùn)輸巷，對(duì)原有巷道進(jìn)行支護(hù)加固。由于工作面不同位置頂?shù)装鍘r性及強(qiáng)度存在較大差異，因此在采用沿空留巷技術(shù)時(shí)，針對(duì)不同的頂?shù)装鍡l件分別采用高水充填技術(shù)和切頂卸壓技術(shù)。

圖1 工作面布置圖

2 高水充填支護(hù)技術(shù)

從工作面切眼開(kāi)始，共計(jì)130.5m采用高水充填進(jìn)行巷旁支護(hù)。充填時(shí)，將高水材料注入充填包中，其尺寸為4000×2500×3000mm。按照工作面實(shí)際推進(jìn)情況進(jìn)行充填，一般情況下充填長(zhǎng)度應(yīng)為工作面一天的推進(jìn)距離，將多個(gè)充填包按照一定距離布置在巷道中，一天充填一次。首先進(jìn)行工作面的推進(jìn)，然后再進(jìn)行充填包注漿。當(dāng)工作面推進(jìn)后距已充填墻體的距離小于一個(gè)充填包的長(zhǎng)度時(shí)，可先不進(jìn)行充填，待條件滿足后再進(jìn)行。工作面后方的支架與巷道中充填墻體距離達(dá)到4.3m時(shí)，必須停止推進(jìn)，進(jìn)行充填注漿。

高水材料由甲、乙原料組成，在高水材料制作過(guò)程中，兩種原料不混合，各自在攪拌桶中攪拌，確定水灰比為1:1.5，在攪拌桶中攪拌均勻后，使用雙液注漿泵將這兩種原料加壓，通過(guò)運(yùn)輸管路將這兩種漿液沿著頂板的注漿孔注入巷道的充填包中。甲乙兩種漿液在單獨(dú)攪拌時(shí)不發(fā)生凝固，在混合時(shí)能夠快速凝固，可以在充填包中形成固態(tài)實(shí)體，起到充填支護(hù)的作用。泵站布置示意圖如圖2所示。

圖2 充填泵站布置圖

為了避免在巷道充填過(guò)程中發(fā)生頂板、巷幫問(wèn)題并保證現(xiàn)場(chǎng)工作人員的安全，需要在充填之前進(jìn)行巷道預(yù)加固措施[5]。在工作面頂板布置鋼塑復(fù)合網(wǎng)，并配合螺紋鋼錨桿進(jìn)行聯(lián)合支護(hù)，支撐頂板，減少頂板的變形破壞。同時(shí)在巷幫布置錨桿以防止圍巖的擠壓發(fā)生片幫，巷幫錨桿每500mm打一根。

3 切頂卸壓技術(shù)

在工作面頂板進(jìn)行切頂可有效減小頂板來(lái)壓[6]，根據(jù)公式：

式中：

hk-切縫高度，m；

K-切縫綜合碎漲系數(shù)，K=1.4；

m-采高，m。

由式（1）可計(jì)算得切縫高度為5.86m。此高度處于直接頂范圍，為砂質(zhì)泥巖，松軟，易垮落。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)取切頂角度為15°，此時(shí)切頂高度為6m，對(duì)于20916工作面切頂較為有利。

在工作面上方進(jìn)行切頂后，后方頂板巖層上形成了短懸臂梁結(jié)構(gòu)，支撐壓力變大，變形增強(qiáng)，原有的頂板支護(hù)技術(shù)不能滿足這種較高強(qiáng)度的礦壓顯現(xiàn)，因此需要進(jìn)行支護(hù)設(shè)計(jì)的優(yōu)化。在頂板原有支護(hù)裝置的基礎(chǔ)上安裝恒阻大變形錨索，在350kN壓力下變形達(dá)1000mm而不損壞，可有效地吸收塑性變形能，抵抗頂板來(lái)壓。錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)如圖3所示。

圖3 錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)圖（單位：mm）

切頂技術(shù)采用雙向聚能爆破方式，這種方式成縫率高，切縫質(zhì)量好。對(duì)工作面進(jìn)行超前錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，在進(jìn)行爆破前，對(duì)錨索施加預(yù)緊力，使其能夠承受爆破時(shí)產(chǎn)生的較大的礦壓沖擊。當(dāng)錨索距炮孔超前支護(hù)達(dá)到20m時(shí)方可在預(yù)制炮孔內(nèi)進(jìn)行爆破。

在爆破切頂后，需要對(duì)巷道中的垮落矸石進(jìn)行清理，同時(shí)由于頂板爆破，產(chǎn)生新的裂隙且裂隙之間的相互溝通，煤層中的瓦斯運(yùn)移通道增多，采空區(qū)內(nèi)的瓦斯很容易沿著既有通道涌向其他工作面，因此當(dāng)頂板穩(wěn)定后應(yīng)進(jìn)行噴漿處理，堵塞運(yùn)移通道，防止采空區(qū)瓦斯逸出。

4 工藝對(duì)比

20916工作面在沿空留巷應(yīng)用中，在切眼至130.5m處進(jìn)行高水材料充填支護(hù)，充填方式為全斷面充填；在130.5～273m處進(jìn)行切頂卸壓，采用雙向爆破方式。通過(guò)這2種沿空留巷措施，留巷巷道均穩(wěn)定成巷，沒(méi)有發(fā)生頂板垮落和片幫現(xiàn)象，同時(shí)采空區(qū)的瓦斯?jié)舛纫草^為穩(wěn)定，處于安全范圍。因此2種留巷方式均取得較好的效果。

對(duì)比以上2種留巷方式，高水充填所需材料較多，需要材料制備、加工處理、輸送等多道工序，流程復(fù)雜，所需要的機(jī)具較多。而且在工作面進(jìn)行超前錨桿支護(hù)、推進(jìn)面與充填墻體距離較大時(shí)須停止采煤，這就影響了生產(chǎn)效率。但是充填留巷技術(shù)留巷穩(wěn)定性高，對(duì)原有巷道的保護(hù)能力強(qiáng)。卸壓切頂留巷技術(shù)需要超前支護(hù)、加恒阻錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)和進(jìn)行爆破，工序較簡(jiǎn)單，成本低，對(duì)工作面采煤工作的干擾小，能夠保證采煤的正常進(jìn)行。但是切頂后的巷道雖然頂板來(lái)壓減小，且有補(bǔ)強(qiáng)錨索的支護(hù)，但是錨桿-錨索的支護(hù)亦有一定的極限，因此在切頂卸壓后需要繼續(xù)監(jiān)控巷道礦壓變化特征，防止礦壓的突然增大而損壞巷道。

5 結(jié)論

（1）20916工作面由于不同位置的圍巖性質(zhì)差異而選用高水材料充填和切頂卸壓兩種方式進(jìn)行沿空留巷，成巷后由于采取了有效的支護(hù)加固措施，使得礦壓顯現(xiàn)穩(wěn)定，并且通過(guò)噴漿處理可有效預(yù)防采空區(qū)的瓦斯溢出，均取得良好的留巷效果。

（2）對(duì)比分析兩種留巷技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中各有優(yōu)劣，采用高水材料充填的留巷穩(wěn)定性高，但工藝復(fù)雜且會(huì)影響采煤工作的正常進(jìn)行；采用切頂卸壓爆破留巷的方式，工藝簡(jiǎn)單，成本較低，但需要進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)以確保巷道的穩(wěn)定性。