馮永生

（山西焦煤集團(tuán)有限責(zé)任公司屯蘭礦后勤服務(wù)中心，山西 古交 030200）

1 工作面概況

山西焦煤集團(tuán)屯蘭礦12303工作面運(yùn)巷走向長750m，平均埋深550m。煤層平均傾角22°，煤層均厚4.3m。原巷道實(shí)際斷面：4.2m×2.8m，留巷后斷面：3.5m×2.8m。原巷道采用“錨網(wǎng)+W鋼帶+小孔徑預(yù)應(yīng)力錨索補(bǔ)強(qiáng)”聯(lián)合支護(hù)。

2 快速沿空留巷關(guān)鍵技術(shù)與改進(jìn)措施

2.1 留巷充填體設(shè)計(jì)

2.1.1 支護(hù)體斷面形狀和寬度

從充填體穩(wěn)定性的角度分析，將巷旁充填體設(shè)置成上窄下寬的梯形要比等寬矩形更為有利。此外，考慮到保留巷道將繼續(xù)為下一工作面使用，在靠近巷道一側(cè)充填體邊緣與底板垂直為宜。

經(jīng)計(jì)算可得支護(hù)寬度為2.5m時(shí)支護(hù)體的載荷為0.42MPa，即2100kN。采動(dòng)影響壓力可靠系數(shù)取2～4，支護(hù)載荷最大可達(dá)8400kN。

通過對(duì)高水材料進(jìn)行模擬試驗(yàn)，當(dāng)高水材料3d時(shí)抗壓強(qiáng)度為3.5MPa，充填體的承載能力為17500kN。

支護(hù)體的承載能力大于支護(hù)體的載荷，安全系數(shù)為2.1，因此充填體上寬為2.5m，充填體下寬3.22m。

2.1.2 支護(hù)體高度

（1）根據(jù)煤層厚度確定充填體高度不大于4.3m；

（2）根據(jù)使用的材料確定充填體最高邊高度不得大于4.0m；

（3）根據(jù)工作面傾角在22°，計(jì)算確定充填體最低邊高度應(yīng)為3270mm。

綜合以上因素確定充填體的最大高度中高為3.6m比較合適。

2.1.3 支護(hù)體長度

由于充填袋是柔性的，且高水材料凝固時(shí)間較短，充填袋過大不易施工，同時(shí)充填體斷面越大，所受垂向和側(cè)向應(yīng)力也越大，不利于充填體穩(wěn)定?？紤]到12303工作面每天可推進(jìn)2.1～2.8m，因此確定充填包沿走向方向長2.0m和3.0m兩種規(guī)格，視工作面進(jìn)度分別使用。

2.1.4 充填體結(jié)構(gòu)和位置

由于高水材料充填體本身強(qiáng)度不高，同時(shí)該礦頂板巖性差、地壓較大，因此充填體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)必要的加固措施是很重要的。

（1）充填體布置2～3排錨栓，每排3根，排距1000×1200mm。錨栓之間架設(shè)縱向和橫向梯子梁，縱向梯子梁用Φ16×2400mm圓鋼制作。

（2）充填體表面鋪設(shè)Φ6.5mm金屬網(wǎng)，金屬網(wǎng)外采用縱橫梯子梁壓緊，以增加充填體表面強(qiáng)度。充填體位置大部分（2.5m）置于采空區(qū)，少部分（0.7m）位于巷內(nèi)，留下巷道寬度（3.5m）滿足使用要求。

2.2 充填材料配比及快速充填工藝流程

充填材料為甲、乙料組成的高水速凝充填材料，質(zhì)量比1:1，水灰比1.8:1。充填工藝選擇遠(yuǎn)距離水力泵送快速充填工藝。充填泵選擇礦用雙液變量注漿泵，型號(hào)為2ZBSB-200-20/5-15-37。充填工藝流程主要分為充填點(diǎn)和充填泵站準(zhǔn)備兩大部分。泵站準(zhǔn)備主要是設(shè)備管路檢修維護(hù)、制漿以及清洗管路等工作；充填點(diǎn)準(zhǔn)備主要是充填體下方底板清理、固定單體架模板、掛充填包和充填等工作。充填工藝流程圖如圖1所示。

圖1 充填工藝流程圖

2.3 充填體的初次和二次保護(hù)技術(shù)

（1）初次保護(hù)技術(shù)。首先是在充填體灌漿前，在上側(cè)靠近采空區(qū)處打設(shè)密集木點(diǎn)柱，其主要作用：一是為防止采空區(qū)頂板流矸竄入充填空間；二是起到固定充填體的作用；三是起到切頂線作用；四是加固作用。然后是在充填體下幫順巷方向打設(shè)一排液壓單體支柱，其主要作用是加強(qiáng)包體上方頂板支護(hù)，防止充填體過早受到擠壓。

（2）二次保護(hù)技術(shù)。在超前支護(hù)打設(shè)前，在充填體下側(cè)順巷布置一排錨索進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。在拆模板、去單體后，沿充填體下側(cè)及時(shí)打設(shè)一排木點(diǎn)柱，以減輕充填體初期受力程度。

2.4 充填區(qū)頂板超前支護(hù)技術(shù)

在試驗(yàn)初期，采用拉架后在充填空間順巷布置2排單體支柱護(hù)頂，不僅占用充填時(shí)間，且在回收點(diǎn)柱后采空區(qū)頂板很快出現(xiàn)離層，給充填工作帶來較大安全隱患。為此改采空區(qū)支護(hù)為前擴(kuò)幫護(hù)頂，擴(kuò)幫寬度3.0m，擴(kuò)幫處只對(duì)頂板進(jìn)行錨網(wǎng)支護(hù)，在加強(qiáng)頂板支護(hù)的同時(shí)也大大節(jié)約了充填的準(zhǔn)備時(shí)間。

2.5 充填區(qū)全空間快速維護(hù)技術(shù)

由于充填體大部分置于采空區(qū)內(nèi)，充填體上幫木點(diǎn)柱需打設(shè)在2號(hào)支架上邊緣位置，上方采空區(qū)冒落的矸石常常會(huì)涌入到1、2號(hào)支架后，造成木點(diǎn)柱施工困難，進(jìn)度很慢。該礦在3號(hào)支架后尾梁安裝后支護(hù)架和側(cè)護(hù)板，通過后支護(hù)架控制3號(hào)架拉架后的頂板，延緩頂板冒落時(shí)間，通過側(cè)護(hù)板擋住采空區(qū)上方滾落的矸石，實(shí)現(xiàn)了安全、快速維護(hù)。

2.6 采空區(qū)切頂技術(shù)

工作面開采后，頂板以斷裂和冒落為主，工作面直接頂厚度平均在3.5m左右，而采高平均在4.3m左右，冒落矸石無法充滿采空區(qū)。基于沿空留巷的礦壓顯現(xiàn)不明顯，需采取主動(dòng)切頂卸壓措施。

采取的方法有兩種：一是沿充填體上幫打設(shè)密集木點(diǎn)柱，有利于早期切頂；二是在靠近采空區(qū)距充填體500mm處打設(shè)9000mm的切頂錨索，錨索的內(nèi)錨固點(diǎn)進(jìn)入基本頂，在采空區(qū)邊緣的直接頂內(nèi)形成較大的剪應(yīng)力和彎矩，易于直接頂斷裂，同時(shí)使切頂線范圍在采空區(qū)以內(nèi)距充填體700mm左右，對(duì)充填體起到保護(hù)作用。

2.7 留巷段巷道的支護(hù)和維護(hù)技術(shù)

（1）在運(yùn)巷超前和滯后支護(hù)均采用單體柱+木梁背修，超前支護(hù)距離30m，滯后支護(hù)距離30m，排距1.0m，柱距不大于0.7m，滯后支護(hù)距離超過30m時(shí)，方可進(jìn)行回柱。

（2）對(duì)留巷段個(gè)別受力變形處及時(shí)進(jìn)行維修和補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。

2.8 留巷充填與工作面生產(chǎn)協(xié)同技術(shù)

12303工作面走向長750m，傾向長130m，設(shè)計(jì)儲(chǔ)量75萬t。此工作面為安全高效采煤工作面，采煤服務(wù)時(shí)間為9個(gè)月，生產(chǎn)組織方式為“兩采一準(zhǔn)”，即2班生產(chǎn)、1班檢修，全天推進(jìn)4刀（2.8m）。根據(jù)充填泵的輸送能力和充填作業(yè)時(shí)間，為了避免充填與回采作業(yè)相沖突，確定全天1班準(zhǔn)備、1班充填。即在生產(chǎn)班時(shí)進(jìn)行打設(shè)密集木點(diǎn)柱，超前單體支護(hù)，滯后回柱，架前擴(kuò)幫護(hù)頂，上一循環(huán)充填體模板拆除、掛網(wǎng)、上梯子梁、緊錨栓、打木點(diǎn)柱等準(zhǔn)備工作，檢修班開始充填。

3 應(yīng)用效果分析

3.1 留巷效果評(píng)價(jià)分析

通過礦壓觀測(cè)數(shù)據(jù)分析，留巷100m后巷道表面位移基本穩(wěn)定。穩(wěn)定后兩幫移近量可控制在600m以內(nèi)。頂板下沉不明顯，一般在200～300m，屬于采空區(qū)頂板整體彎曲下沉；局部頂板破碎段有斷錨桿、斷錨索現(xiàn)象，但經(jīng)補(bǔ)打后能夠控制頂板變形。底鼓現(xiàn)象較為明顯，穩(wěn)定后底鼓量一般在500mm。

從現(xiàn)場(chǎng)看，除最初的170m巷道受工作面調(diào)斜、充填體寬度、頂?shù)装鍑鷰r條件等因素影響所造成的留巷斷面比較小外，隨后的留巷整體都比較規(guī)則，留巷寬度多數(shù)保持在3500mm左右，留巷高度一般在2500～2700mm，完全能夠滿足使用要求。

3.2 留巷效益評(píng)價(jià)

該地區(qū)共計(jì)留巷750m，全部留巷費(fèi)用640萬元。與窄煤柱沿空掘巷相比，留巷后可多回收煤柱資源44t/m，新增利潤900萬元；減少下個(gè)工作面巷道掘進(jìn)750m，可節(jié)省掘進(jìn)綜合費(fèi)用450萬元。留巷750m，可創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益710萬元。

3.3 工作面生產(chǎn)效果

12303工作面運(yùn)巷留巷工作完全滿足工作面正常生產(chǎn)需要，同時(shí)經(jīng)過簡單臥底后就可作為12305工作面副巷直接使用，減少了4個(gè)月的掘進(jìn)準(zhǔn)備時(shí)間，成功地解決了三采區(qū)的單翼采區(qū)的采掘銜接問題，實(shí)現(xiàn)了采煤工作面順序開采。

4 存在的問題以及今后改進(jìn)的措施

4.1 充填材料方面

高水充填材料的抗壓強(qiáng)度低，試驗(yàn)中最大抗壓強(qiáng)度為4.7MPa，充填體支護(hù)強(qiáng)度較低。因此，在今后的應(yīng)用中，一是要加強(qiáng)不同生產(chǎn)廠家材料的檢驗(yàn)，尋找性能穩(wěn)定的產(chǎn)品；二是調(diào)研充填材料的替代品，提高充填材料的強(qiáng)度。

4.2 切頂效果方面

在本次充填實(shí)踐中該礦雖然采取了打切頂錨索、密集點(diǎn)柱等切頂措施，但在現(xiàn)場(chǎng)看，切頂效果還不是很明顯，切頂范圍控制較為困難。在今后的工作中，將試驗(yàn)超長錨索進(jìn)行切頂?shù)燃夹g(shù)方法，進(jìn)一步加強(qiáng)切頂管理。

4.3 礦壓顯現(xiàn)與充填體的穩(wěn)定關(guān)系

在充填留巷過程中該礦雖然進(jìn)行了一系列礦壓監(jiān)測(cè)試驗(yàn)，但對(duì)工作面周期來壓與充填體穩(wěn)定關(guān)系方面還沒有總結(jié)出準(zhǔn)確規(guī)律，因此在下一步留巷工作中，該礦將繼續(xù)開展礦壓監(jiān)測(cè)工作，準(zhǔn)確總結(jié)出工作面周期來壓與充填體穩(wěn)定關(guān)系，提前做好補(bǔ)強(qiáng)措施，對(duì)充填體進(jìn)行有效保護(hù)。

5 結(jié)論

屯蘭礦在大傾角、大采高工作面采取高水材料進(jìn)行巷旁充填留巷，通過合理設(shè)計(jì)充填包體規(guī)格，優(yōu)化充填體結(jié)構(gòu)，對(duì)充填空間頂板進(jìn)行超前擴(kuò)幫，支架增加后支護(hù)架和側(cè)護(hù)板，打切頂錨索等一系列措施，高效快速地完成了留巷750m。所留巷道斷面大，完全滿足下一工作面繼續(xù)使用。該項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益710余萬元，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了單翼采區(qū)工作面連續(xù)開采，具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。