楊希太

（陜西煤化工集團小保當礦業(yè)，陜西 神木 719000）

隨著我國煤炭資源供需矛盾的增加，各煤礦均加大了對“三下”壓煤技術的開采研究。結合112202 工作面的情況，進行了綜合機械化固體充填采煤技術的實踐應用研究。針對112202 工作面地質情況，設計采用仰斜開采，而仰斜開采必須對201102 工作面兩順槽進行沿空留巷，以保障工作面運煤、通風、運料及運矸通道，采用采空區(qū)內巷旁支護的沿空留巷方式。該實踐應用研究可以有效減少巷道掘進量，提高煤炭的采出率。

1 概況

陜西煤化工集團小保當煤礦位于陜西省榆林市神木市大保當鎮(zhèn)大啊包壕村北側，井田南北長為15.5 km，東西寬14.5 km，面積219.8 km2，設計生產能力2800 萬t/a。112202 工作面主采延安組2-2 煤，埋藏深度為194.53～401.22 m，煤層厚度1.17～4.65 m，平均厚度2.48 m，煤層傾角3～10°，平均傾角8°。煤層基本頂為25.25 m 的中粒砂巖，直接頂1.85 m的碳質泥巖，基本底為6.76 m 的粉砂巖，直接底為3.96 m 的泥巖及炭質泥巖。工作面長度為45 m，順槽巷道寬×高=3.0 m×2.4 m，超前30 m 的支護采用單體液壓支柱配合一字頂梁和十字頂梁支護。巷道頂板采用Ф18 mm×1800 mm 等強螺紋鋼錨桿+菱形金屬網（長×寬=50 mm×50 mm）+Ф14 mm 鋼筋梯（長×寬=2800 mm×80 mm）聯(lián)合支護，錨桿間排距800 mm×1000 mm，每根錨桿采用2 節(jié)CK2335 樹脂藥卷，扭矩不低于140 N·m；兩幫采用Ф18 mm×1800 mm 的螺紋鋼錨桿+菱形塑料網（規(guī)格為長×寬=40 mm×40 mm）聯(lián)合支護，錨桿間排距1000 mm×1000 mm，錨桿錨固力≥50 kN。

2 固體全部充填法工藝

綜合機械化固體充填采煤法之充填開采巷旁充填沿空留巷圍巖結構如圖1 所示。從圖1 中可知，該采煤方法可以實現(xiàn)整個采空區(qū)的密實充填。該狀態(tài)下巷道基本頂和關鍵層形成一整體，巖層僅僅彎曲下沉而無斷裂發(fā)生，這為井下工作面實施沿空留巷開采提供了較好的基礎。在充填工作面推進過程中，在兩端頭臨時支護情況下，采用人工封裝矸石袋并壘砌矸石墻進行留巷作業(yè)，同時采用錨桿+鋼帶+鋼梁+金屬網的組合支護方案對巷道進行加固，形成巷旁充填體，進一步提高巷道圍巖的穩(wěn)定性。

圖1 充填開采巷旁充填沿空留巷圍巖結構示意圖

112202 工作面綜合機械化固體充填采煤原位沿空留巷技術的實施，主要是從三方面著手：（1）按照正規(guī)循環(huán)步距割煤、移架后，對該段架后采空區(qū)進行固體充填工序；（2）對原巷道的支護方式進行優(yōu)化，采取錨+網+索聯(lián)合支護，保證采空區(qū)充填體的密實度，提高巷道頂板穩(wěn)定性；（3）在沿空留巷巷旁原位空砌矸石墻，然后采用錨桿+鋼帶+鋼筋梯梁+金屬網聯(lián)合支護方式進行聯(lián)合支護加固巷旁充填體，提高其穩(wěn)定性。

3 原位沿空留巷的實踐

3.1 技術方案

通過對112202 工作面地質條件及生產現(xiàn)場的情況調研，確定采用壘砌矸石帶來支撐采空區(qū)頂板并作為沿空留巷巷旁充填體來實現(xiàn)沿空留巷。

112202 工作面機械化矸石充填采煤原位沿空留巷工藝方案如圖2 所示，工藝流程為：（1）采煤機采用端部斜切進刀雙向割煤，斜切進刀段長度為35 m，進刀深度0.6 m，正常移架滯后采煤機后滾筒。（2）兩端頭進行臨時支護，采用人工封裝矸石袋并壘砌矸石墻進行留巷，留巷寬度增加300 mm。（3）在工作面順槽原錨網梁聯(lián)合支護方式的基礎上設計了錨桿+鋼帶+鋼筋梯梁的支護組合進行加固。該支護措施可以確保充填體密實接頂，保障巷道圍巖的穩(wěn)定性。（4）由機頭向機尾依次充矸→夯實→再充矸→拉后部運輸機→再夯實，均為多次卸料、多次夯實，直至采空區(qū)充填料充分接頂并壓實。

圖2 112202 工作面沿空留巷開采工藝示意圖

3.2 沿空留巷支護方案優(yōu)化

（1）沿空留巷錨+網+索+鋼筋梯聯(lián)合支護

根據112202 工作面沿空留巷圍巖地質條件及圍巖破壞特點分析，對原巷道的支護進行優(yōu)化設計。在原支護設計方案的基礎上，巷道頂板沿走向新增2列錨索加槽鋼，錨索規(guī)格為Ф17.8 mm×5800 mm，錨索間排距為800 mm×1000 mm。優(yōu)化支護方案如圖3 所示。

圖3 錨+網+索+鋼筋梯聯(lián)合支護優(yōu)化設計圖

（2）充填體錨桿+鋼帶+鋼筋梯梁+金屬網組合支護加固方案

人工封裝矸石袋并壘砌矸石墻進行留巷，向采空區(qū)方向偏移300 mm，對于裸露頂板采用菱形金屬網支護，規(guī)格為長×寬=4000 mm×2500 mm。巷旁壘砌矸石墻寬度為3000 mm，高度接頂接底，并使用規(guī)格為Ф20 mm×3200 mm 雙頭螺紋式錨桿加網+鋼筋梯+鋼帶進行聯(lián)合固定。鋼帶+鋼筋梯采用“十字”交叉布置的方式，垂直于巷道頂底板，布置2500 mm 的鋼帶，沿巷道走向布置1000 mm的鋼筋梯。組合支護加固方案如圖4 所示。

圖4 沿空巷道支護示意圖

4 應用效果

當前112202 工作面已推進140 m，通過對沿空留巷的巷道表面位移變化情況現(xiàn)場觀測，得到工作面開采后沿空留巷巷道表面位移變化，如圖5 所示。

圖5 開采后巷道表面位移變化示意圖

從圖5 數據可知，頂底板和巷道兩幫位移移近量均較小，在滯后工作面20～40 m 處變形量較大，兩幫位移移近量最大52 mm，頂板位移移近量最大89 mm；頂板變形速度從距離工作面150 m 處開始由慢變快，在70 m 處變形速度達到最大，之后變形速度又逐漸減慢，在30 m 處達到穩(wěn)定。圖5 數據充分表明該聯(lián)合支護方式的支護效果較好，采空區(qū)充填體及巷旁充填體組合有效保障了巷道圍巖的變形量。針對112202 工作面設計的綜合機械化固體充填采煤原位沿空留巷技術應用效果良好，為同類型工作面的開采提供了技術參考。