晋城区域兼并重组矿井沿空留巷技术应用研究

王平虎，王 春

(晋能集团有限公司，山西 太原 030002)

晋城区域兼并重组矿井沿空留巷技术应用研究

王平虎，王 春

(晋能集团有限公司，山西 太原 030002)

针对晋城区域兼并重组矿井的特点，以晋城区域盖州煤业和关岭山煤业作为研究对象，对盖州煤业切顶卸压和关岭山煤业柔模混凝土2种沿空留巷技术的应用进行了研究，为晋城区域兼并重组矿井沿空留巷技术的推广应用提供技术支持。研究结果表明：对于埋深较小、产能较大和煤层厚度较大的矿井，应推广应用缩小煤柱或小煤柱等沿空掘巷技术；对于埋深较小、矿井产能较小和煤层厚度较小的矿井，应推广应用切顶卸压自动成巷无煤柱开采技术；对于埋深较大、矿井产能较小和煤层厚度较大的矿井，应推广应用柔模混凝土沿空留巷技术。

兼并重组矿井；沿空留巷；切顶卸压；柔模混凝土

沿空留巷是矿井巷道的一种二次利用方式，最初其目的是解决矿井的冲击地压和通风等问题。随着煤炭资源的枯竭和矿井产能的增加，对于埋深小于500m的矿井，沿空留巷主要目的是降低巷道掘进率和提高采出率以及实现Y型通风；且随着沿空留巷技术的进展，该技术的应用也从薄煤层逐渐向中厚煤层发展[1-3]。

煤层顶板赋存条件是沿空留巷的主要影响因素，主要包括巷内支护和巷旁支护，弧形三角形悬板控制尤为关键。巷内支护采用U型钢支护，巷旁支护采用矸石堆垛、密集支柱、木垛、砌体墙、泵送高水速凝充填、模板浇注混凝土墙等[4-6]支护方式，这些支护方式中存在着墙体接茬、跑浆漏浆、劳动强度大和工作效率低等问题[7-8]，不适合回采速度较快的矿井应用。晋能集团在晋城区域拥有矿井27座，生产矿井14座，均为兼并重组矿井，这些矿井具有兼并重组矿井的井田面积小、资源储量少、兼并矿井数量多和采空区多等一系列特点。自2015年以来，沿空留巷技术在晋城区域兼并重组矿井进行了一系列的应用，本文以晋城区域盖州煤业和关岭山煤业作为研究对象，对盖州煤业切顶卸压自动成巷和关岭山煤业柔模混凝土2种沿空留巷技术的应用进行研究，为晋城区域兼并重组矿井沿空留巷技术的推广应用提供技术支持。

1 盖州煤业9101工作面切顶卸压自动成巷技术应用

9101工作面应用的是切顶卸压自动成巷无煤柱开采技术，即110工法，1个采煤工作面掘进1条工作面巷道，不留煤柱，主要内容为：

(1)恒阻锚索吊顶，在工作面巷道距切缝线0.3m处，用恒阻大变形锚索对顶板进行补强悬吊。

(2)定向爆破切顶，沿设计切顶线施工1排爆破孔，通过聚能切缝爆破，切断巷道顶板与采空区顶板的连接，形成1个短臂梁。

(3)柱网结合挡矸，通过U型钢柱、钢筋网、菱形网，挡住切落的矸石，防止涌入巷道。

(4)架后单体支护，工作面架后采用单体液压支柱配合π型钢梁，对顶板强化支护。

(5)矿压监测，采用锚索应力计、顶板离层仪、顶底板移近量动态记录仪、支架压力表、架后支柱压力表等仪器对其进行矿压监测。

1.1 9101工作面煤层赋存特征

9101工作面为一采区首采工作面，埋深80m，煤层平均厚度1.62m，工作面长度180m，巷道长度1100m，煤层顶、底板均为坚硬岩层，巷道沿煤层底板破顶掘进，矩形断面，锚网索联合支护，其中，回风巷道断面4.5m×2.6m，锚杆直径20mm×2.4m，间排距1m×1m，锚索直径17.8mm×6.3m，间排距2m×3m。

1.2 9101工作面切顶卸压自动成巷技术实施

以9101工作面回风巷距停采线120m起作为工业试验地段，超前工作面进行恒阻锚索、切缝爆破孔等现场施工，滞后工作面进行挡矸和支护，矿压监测同步进行。

(1) 恒阻锚索施工 平行巷帮安装2排恒阻锚索，切缝线为留巷边界，切缝线内推0.3m施工第1排恒阻锚索，间距1m，恒阻锚索采用W钢带连接成整体。在巷道中心线施工第2排恒阻锚索，间距2m，不用W钢带连接。锚索为φ21.8mm×8300mm，φ30mm钻头打孔，采用与恒阻器配套的φ75mm扩孔钻头，同心扩孔深度0.5m，张拉力不低于280kN。恒阻锚索安装图如图1所示。

图1 恒阻锚索安装

(2)切缝爆破施工 钻孔距离采空侧煤壁0.3m向采空区方向倾斜10°， 切缝钻孔深6m，间距0.5m。切缝钻孔采用隔孔装药、分组爆破，不装药钻孔作为吸能和窥视孔，炸药装在聚能管内，聚能管向巷道轴线方向两侧开孔，使爆破能量和爆轰波只向设计方向传递，形成平行巷道方向切缝。爆破切缝必须超前工作面推采位置，但一般不超过50m，装药量要根据顶板岩性、硬度、炮孔深度确定，装药量决定切缝率。图2为炮孔装药结构。

图2 炮孔装药结构

在图2中，采用“4，2，2”装药方式，每孔使用3根聚能管，从上向下聚能管内分别装4卷、2卷、2卷炸药，各用1个雷管，脚线串联连接，外段1.5m全部封满炮泥，同时起爆。起爆后一般孔口和孔内炮泥完好。

(3)柱网挡矸施工 采用搭接式U型钢柱腿挡矸，长度2.6m，挡矸网采用100mm×100mm钢筋网配合菱形铁丝网，网边搭接不低于100mm。采空侧采用菱形铁丝网，巷道侧采用钢筋网。挡矸棚腿间距500mm。

(4)架后单体支护 架后支护采用1m1排，1梁4柱，切缝线下方支设戴帽点柱，柱距0.5m，与挡矸柱腿交叉使用，起到支护留巷边缘顶板和初期挡矸作用。

(5)矿压监测 矿压观测系统由锚索应力计、顶板离层仪、支架压力表、顶底板移近量动态记录仪、 架后支柱压力表组成。

1.3 9101工作面切顶卸压矿压监测结果分析

图3为锚索应力、顶板离层监测曲线。

从图3(a)中可以看出，留巷40m位置处锚索应力最大，均值约为320kN；留巷55，70，85，100和115m处应力值均小于280kN，其中，70m处的应力值最小，约为50kN。从图3(b)中可以看出，留巷55m处的深基点位移较大，为80mm；从图3(c)中可以看出，留巷40，55和85m处的浅基点位移范围为20～30mm。

在120m试验段内，工作面超前压力和顶板离层不明显，但进入架后留巷段，动压显现明显，顶板下沉存在开始、加快、达峰值、变缓和稳定的过程，顶板下沉量平均180mm，基本没有底鼓现象，变化时间一般在20d之内；留巷段从煤柱侧到采空区侧顶板下沉量逐渐变大，煤柱侧下沉量最大50mm，采空区侧最大下沉量280mm；断层破碎带和裂缝带在留巷过程中矿压显现明显，适当加强支护，为矿压观测、顶板控制和安全管理的重点。

图3 锚索应力、顶板离层监测曲线

2 关岭山煤业15204工作面沿空留巷技术应用

柔模混凝土沿空留巷是以一次性纤维柔性模板代替传统钢模板或机械模板，在端头支护效应消失前，紧跟工作面支架尾，快速浇筑混凝土连续墙，利用柔性模板透水不透浆特性和泵压强制接顶，及时主动支撑顶板，密闭采空区。

2.1 15204工作面煤层赋存特征

15204工作面埋深平均130m，煤层厚度平均4.2m，煤层倾角0～6°，K2灰岩顶板，平均厚度7.5m，工作面长度150m，巷道长度1063m，留巷1033m，运输巷沿15号煤顶底板布置，净宽5m，平均高4.3m，锚网支护。

2.2 15204工作面运输巷切顶卸压

15204工作面周期来压步距约为12m，在运输巷端头存在弧形三角区域，当悬顶长度超过18m时需要切顶卸压。在架间墙体外侧垂直顶板施工顶板弱化孔，孔径32mm，排距500mm，孔深6m。

2.3 15204工作面运输巷旁支护

柔模混凝土墙宽度为800mm，混凝土强度等级为C30，在混凝土墙体内预置锚栓，锚栓为φ20mm×900mm螺纹钢，间排距为1000mm×1000mm。图4为柔模混凝土巷旁支护。

图4 柔模混凝土巷旁支护

在工作面2号和3号支架之间浇筑柔模混凝土墙体，墙体前端不超过支架底座，为了保证两支架间具有足够的浇筑柔模混凝土墙体操作空间，两支架间的距离不小于1400mm，且2号和3号支架顶梁上部前端3.5m范围内焊接11号工字钢，长度2.1m，排距0.6m。

超前工作面20m范围内采用2排单体柱进行临时加强支护；滞后工作面100m范围内采用4排单体支柱进行临时支护，靠墙体侧间距800mm，巷中和煤帮侧间距1200mm，排距为1500mm。

柔模混凝土沿空留巷完成了1033m，已开始投入下一回采面使用，准备接受二次动压的检验。其优点主要为少掘1条巷道，巷道掘进率降低40%，多回收20m煤柱。但在15204工作面柔模混凝土沿空留巷技术应用过程中发现： 在运输注浆料过程中，由于水泥、石子、沙混装，容易产生结块，在泵送过程中容易出现堵塞管路；在柔模注浆过程中，需将巷道侧支架进行降架，在支架架顶进行支模、注模的操作，存在安全隐患；在柔模支护过程中，随着回采的不断推进，顶板压力加大，墙体倾斜，巷道底鼓严重，高度变小；随着留巷工程的延伸，由于矿压的周期变化，巷道变形严重，原有支护遭到一定的破环，需对巷道进行维修。

3 结 论

针对晋城区域兼并重组矿井的特点，以晋城区域盖州煤业和关岭山煤业作为研究对象，对盖州煤业切顶卸压自动成巷和关岭山煤业柔模混凝土2种沿空留巷技术的推广应用进行了研究，这2种技术的应用在矿井减人提效、降低成本和提高效益等方面发挥了巨大的作用。鉴于晋城区域兼并重组矿井埋深均小于300m的特点，结论如下：

(1)矿井产能较大，煤层厚度大于4m时，应推广应用缩小煤柱或小煤柱等沿空掘巷技术，沿空留巷对其回采速度有影响。

(2)矿井产能较小，煤层厚度较小时，应推广应用切顶卸压自动成巷无煤柱开采技术，下一步将选用条件适宜的七一、惠阳、四明山等矿井进行推广应用。

(3)矿井产能较小，煤层厚度较大时，应推广应用柔模混凝土沿空留巷技术， 该技术为实现矿井的一井一面一班达产，为安全、高效矿井建设奠定了基础。

[1]陈 勇，柏建彪，王襄禹，等.沿空留巷巷内支护技术研究与应用[J].煤炭学报， 2012，37(6)： 903-910.

[2]姚亚虎.1100m埋深沿空留巷坚硬顶板主动卸压控制研究[D].徐州：中国矿业大学，2014.

[3]武占星.超前预裂坚硬顶板巷旁无充填留巷技术研究与应用[D].保定：河北工程大学，2012.

[4]张 农，韩昌良，阚甲广，等.沿空留巷围岩控制理论与实践[J].煤炭学报，2014，39(8)：1635-1641.

[5]康红普，牛多龙，张 镇，等.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，2010，29(10): 1977-1987.

[6]陈 勇，柏建彪，朱涛垒，等.沿空留巷巷旁支护体作用机制及工程应用[J].岩土力学，2012，33(5): 1427-1432.

[7]孙晓明,刘 鑫，梁广峰，等.薄煤层切顶卸压沿空留巷关键参数研究[J].岩石力学与工程学报，2014，33(7): 1449-1456.

[8]郑西贵，张 农，袁 亮，等.无煤柱分阶段沿空留巷煤与瓦斯共采方法与应用[J].中国矿业大学学报，2012，41(3): 390-396.

[责任编辑：邹正立]

Application of Gob-side Entry Retaining Technology of Merger and Reorganization Mine in Jincheng Mine District

WANG Ping-hu，WANG Chun

(Jinneng Corporation Co.，Ltd.，Taiyuan 030002，China)

To the characters of merger and reorganization mine in Jincheng coal mine district，it taking Gaizhou coal mine and Guanshanling coal mine as studying examples，then two different gob-side entry retaining technologies were applied in this two mine,cutting roof unloading pressure applied in Gaizhou coal mine and flexible concrete applied in Guanshanling coal mine，it provides technology supporting for gob-side entry retaining technology popularization and application of merger and reorganization mine in Jincheng coal mine district.The results showed that to the mine that buried depth low，production large and large thickness coal seam，and some gob entry driving technology like reduce coal pillar size or smaller coal pillar should be applied，but to mine that buried depth low，production low and thin thickness coal seam，cutting roof unloading pressure should be applied，to buried depth large，production low and large thickness mine，flexible concrete should be applied.

merger and reorganization mine；gob-side entry retaining；unloading pressured by roof cutting；flexible concrete

2016-11-15

10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2017.02.008

山西省科技攻关工业类项目(20130321026-03)

王平虎(1963-)，男，山西晋城人，博士，高级工程师，主要从事煤炭开采方面的技术和管理工作。

王平虎，王 春.晋城区域兼并重组矿井沿空留巷技术应用研究[J].煤矿开采，2017，22(2)：31-33，43.

TD353

A

1006-6225(2017)02-0031-03