西坡煤矿沿空留巷工艺研究

王洪存，孙德宁，贺伟伟

(内蒙古科技大学，内蒙古 包头 014010)

西坡煤业有限公司位于离柳矿区，是我国的焦煤生产基地。该矿开采以中厚煤层为主，理论上属于低瓦斯矿井，但为了安全考虑划为高瓦斯管理矿井。工作面一般采用以留30 m护巷煤柱、并预留瓦斯尾巷的形式进行开采，该开采方式存在着巷道支护及瓦斯治理困难、矿井煤炭资源回收率低等缺点。针对西坡矿目前情况，鉴于无煤柱快速留巷“Y”型通风技术在南方一些矿井取得的成功经验，研究适应于西坡矿高瓦斯、大采高的沿空留巷(同时取消瓦斯尾巷)技术，对于缓解工作面采掘衔接紧张、有效提高煤炭资源回收率，降低掘巷成本，实现矿井安全、高效可持续发展具有重要意义。

1 工作面巷道布置与回采工艺

1．1 地质概况

1)5206工作面概况。地面位于西坡煤业公司工业广场南侧110 m，距郝家塔村250 m，东临李家梁1 160 m，西至主、副井南东320 m。地表有贺龙沟斜交穿过工作面。井下位于主斜井南侧110 m，东侧距南翼运输巷30 m，本面为矿井二采区第二回采工作面。盖山厚度195～285 m，一般为250 m。其走向长1 365m，倾向长195m，面积为266 175m2。煤层总厚4．1 ～4．5 m，平均4．2 m，煤层结构 2．5(0．2)1．6，煤层倾角5°～13°，平均6°。

2)顶底板情况见表1。

表1 顶底板情况表

3)5206工作面整体构造形态为一单斜构造，在该面外段煤岩层出现小范围向斜构造形态，工作面中部地段小断层及裂隙发育，局部顶板破碎，易冒，fd3断层向工作面延伸68 m，fd7延伸57 m，其地质构造情况见表2。

4)5206工作面地表有贺龙沟河床从该面上方斜穿而过，工作面开采顶板岩层发生垮落后，按照煤矿防治水规定公式计算，导水裂隙带不与贺龙沟河床发生水力联系，但是本面上方至地表岩层基本为基岩，地表塌陷造成的裂缝可与导水裂缝带连通，成为导水通道。

356钻孔揭露5(4+5)#煤层底板距太灰水间距31 m，依据经验公式计算突水系数0．204，煤矿防治水规定计算突水系数0．1，本面开采存在底板突水可能。最大水量100 m3/h，正常水量30 m3/h。

防治措施：a)改造贺龙沟河道，及时封堵地面裂缝。b)密切观察工作面采空区涌水量变化趋势。c)在泄水巷低洼处安装排水能力不低于100 m3/h水泵，把工作面涌水排入中央泵房水仓，并加强中央泵房检修力度，确保排水正常。

5)影响回采的其他地质因素。a)瓦斯。5(4+5)#煤层的瓦斯含量 4．36 ～14．91 m/min，平均 8．37 m/min，高瓦斯。b)煤尘。5(4+5)#煤尘火焰长度大于300 mm，岩粉用量大于50%，煤尘具有爆炸性。c)煤的自燃。5(4+5)#煤层煤的吸氧量为0．56 m3/g，自燃等级为Ⅱ类，属自燃煤层。d)地温。井田恒温带深度50～60 m，恒温带温度14°C，地层温度一般为2．0°C/100 m左右递增。e)地压。地层压力显现不明显。

6)储量预算见表3。

表2 5206工作面地质构造情况表

表3 储量预算表

1．2 工作面回采方法及回采工艺

5206工作面沿空留巷巷道布置为两巷加一借用巷道布置方式，巷道分别为5206皮带顺槽(复用5202回风顺槽)、轨道顺槽和借用5208轨道顺槽;5206工作面回采时，5208轨道顺槽作为5206回风巷，三巷为平等布置方式，其中，5206皮带顺槽为机轨合一巷道。5206工作面及巷道布置平面图见图1。

图1 5206工作面及巷道布置平面图

5206工作面皮带顺槽为锚带网支护，在断层破碎附近及顶板淋水段为梯型棚支护;矩形断面，巷道设计中高4．2m，宽4．8 m，断面20．16 m2;用于进风、运煤和存放设备列车。

皮带顺槽为一次沿空留巷巷道，锚带网支护，矩形断面，巷道设计中高 4．2 m，宽 4．8 m，断面 20．16 m2;用于进风和辅助运输。

切眼为锚带网支护，矩形断面，巷道设计中高为4．2 m，宽 4．6 m，断面 19．32 m2，扩面后宽度为 7 m;用于设备安装及通风。

5208工作面轨道顺槽和回风顺槽为锚带网支护，在断层破碎带附近及顶板淋水段为梯型棚支护;矩形断面，巷道设计中高为 4．2 m，宽4．8 m，断面20．16 m2;轨道顺槽和回风顺槽作为5206工作面回采时的回风通道。

2 沿空留巷围岩控制技术

2．1 支护方案及参数设计

1)支护方案。留巷前巷道原始设计断面为矩形，高×宽=4．2 m×4．8 m。a)基础支护。基本支护方式为高强度、高性能预应力锚带网支护。顶板和帮部均采用高性能预应力锚杆支护，最大限度加大锚固长度和范围，结合d14钢筋托架护顶、帮，顶、帮均采用菱形金属网或新型的钢塑网紧贴岩面护顶、帮。b)关键部位加强支护。沿空留巷顶板的控制是非常重要的，顶板的稳定决定了巷道的稳定，顶板的完整决定留巷的成功。因此，要对顶板支护进行强化。同时深部巷道承受很大的垂直压力，两帮的承载性能要强化。所以在对顶板和两帮的处理上要加强支护。采用锚索和桁架对关键部位进行强化加固。c)特殊地段支护。顶板构造异常带、断层带、淋水带突然变大、直接顶厚度变化导演带等特殊地段，首先加密顶部锚杆，并施工走向桁架、压锁棚梁，锚架联合强化支护。

2)支护参数。a)巷道顶板采用7根左旋螺纹钢等强预应力锚杆配合5．2 m长d14型托架、钢塑网或10#铁丝金属联合支护，锚杆规格为d20－M22－2400，每根锚杆采用一节K2355、一节Z2355型树脂药卷加长锚固;锚杆间排距850 mm×800 mm，锚索间排距1 400 mm×800 mm。b)巷道两帮采用5根左旋螺纹钢等强预应力锚杆加d14型托架、钢塑网或10#铁丝金属网联合支护，锚杆规格为d20－M22－2400。每根锚杆采用一节Z2355型中速树脂药卷加强锚固;锚杆间排距为700 mm×800 mm。c)锚索为“三二一”布置，其中，一排三根锚索以巷道中心向两侧布置，间距1 400 mm，锚索规格d17．8 mm×6 300 mm，另一排锚索以2根锚索沿巷道中心对称布置，间距1 800 mm，锚索规格为 d17．8 mm ×6 300 mm，2 排锚索间距为800 mm。另一根靠工作面煤帮300 mm处布置，锚索规格为d17．8 mm×8 000 mm。d)巷道肩角处顶部锚杆适当带一定角度。帮、顶锚杆扭矩不低于150 N·m，机具扭矩不足时人工滞后加扭或采用MQ－90J2型气板机加扭。

2．2 采动影响期间顶板强化管理

采动影响包括三个阶段，采动超前影响、回采影响、充填留巷后残余应力影响，在本工作面回采期间主要针对巷道顶板采取维护措施。

工作面煤壁向外30 m范围，采用单体支柱(3排)支护巷道顶板。工作面煤壁向里200 m范围，架设单体工字钢棚成对支护(一梁三柱)。

待充填区顶板宽度2 500 mm，长度2 400 mm，当机尾架(139#架)前移时，沿走向使用1/2d200 mm×4．5 m板梁做横担，间距0．8 m，以保证顶板完整，防止漏矸。

2．3 留巷充填墙体内加固方案及参数

采用在充填体内旋转钢筋网的方法对充填体自身进行加固。充填前在充填模内布设钢筋网，钢筋直径为8 mm，钢筋网的方格尺寸为150 mm×150 mm，钢筋网规格为长2 250 mm×高3 000 mm。

钢筋网垂直于轨道顺槽两帮和底板布置，在钢筋网的中部以及距顶底板各300 mm处用直径为16 mm、长度为2 100 mm的螺纹钢将3片钢筋网连接起来，其中钢筋网间距为1 000 mm，每片网距离两面模板各200 mm。对于充填体由于受力等原因可能产生的裂隙，需要采取注浆加固的措施，以防止采空区瓦斯的泄漏。

3 结论

经过采用留巷填充控制围岩的方案使西坡矿实现了无煤柱开采，提高煤炭回采率，延长了矿井服务年限。以前西坡矿工作面一直采用两进一回布置方式，甚至是双进双回方式(双U方式)，要投入大量时间去准备新的采煤工作面。而沿空留巷工艺的采用，减少了巷道掘进量，使沿空巷道继续服务下一个工作面;此外，掘进工程量大量减少，工作面提前构成，为瓦斯抽采提供充足的时间和空间，可从根本上解决采、掘、抽衔接紧张问题。

沿空留巷充填材料选用膏体混凝土，其主要成分是：硅酸盐水泥、碎石、砂子、粉煤灰、添加剂及水拌和的膏体混凝土。煤矸石作为采矿过程的副产品，多年来一直没有得以利用，而且污染环境，目前，电厂通过对煤矸石燃烧发电，再将剩余的粉煤灰加以利用充填至井下，不但充分提高了资源的利用率，也同时为企业创造了更大的效益。

［1］ 康红普，王金华．煤巷锚杆支护理论与成套技术［M］．北京：煤炭工业出版社，2007：338－343．

［2］ 康红普，牛多龙．深部沿空留巷围岩变形特征与支护技术［J］．岩石力学与工程学报，2010(10)：1977－1981．

［3］ 韩冬雪．米村矿260051工作面沿空留巷技术实践［J］．中州煤炭，2010(11)：77－79．