关于单一煤层沿空留巷的工艺分析

2018-10-21吴山洪

大科技·D版 2018年10期

摘要：针对为解决保留保护煤柱而采取的沿空留巷工艺，深入分析了沿空留巷的支护原理、方式、设计材料选择、注意事项、通风，并通过实践得出这项工艺的应用能增加资源回收量、降低掘进费用的结论，为单一煤层开采对沿空留巷工艺的实际应用提供可靠的参考依据，保证技术发挥应有作用效果。

关键词：单一煤层；沿空留巷

中图分类号：TD353 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）30-0229-02

如今，伴随煤炭资源实际开采深度持续增加，资源开采正不断向单一煤层方向发展，这使得煤层的开采难度不断增加，并且对质量良好的煤层，尤其是单一煤层，开采显得十分紧迫。实践表明，通过对沿空留巷工艺的合理应用，能对原巷道予以二次利用，并使煤柱得以回收，避免资源浪费。

1 单一煤层沿空留巷

沿空留巷（gob-side entry retaining）是指在采煤工作面的后端沿著采空区的边缘对原回采巷道进行维护。其目的在于回收采用传统采矿方式必须留设的所有保护煤柱。通过对相关技术手段的合理应用，对上一区段顺槽进行重新支护，为下一区段提供顺槽。该留巷方式主要是在采空区的边缘保留之前的顺槽，所以被称作沿空留巷。实践表明，通过这样的方式能在很大程度上回收资源，防止煤体大量损失[1]。

1.1 支护基本原理

对沿空留巷而言，需要经历整个回采过程中，并且还要受到后续形成的工作面的直接影响。巷道回采以后，因一边为实体煤帮，另一边为采空区，由于介质不同，所以顶板稳定性相对较差，导致两帮、顶板与底板都产生较大的位移，巷道因此发生严重变形，威胁煤矿生产安全。对此，必须做好巷道支护，这对延长现有留巷服务年限与保证生产安全均有十分重要的作用与现实意义，必须引起高度重视。若巷道两侧发生的变形无法得到有效控制，则会使顶板稳定性及支撑力受到严重弱化，导致顶板发生较大程度的下沉。基于此，采用锚杆进行加强支护，对减小或避免两帮及顶板发生的变形都有重要现实意义。

1.2 支护方式

为保证支护的有效性，一般需要将主动和被动支护进行充分结合。其中，主动支护是指在开采前于巷道中和工作面相距0.5m的位置进行锚索安装，以此强化顶板支护，由锚索在原顶上进行岩层固定，以此降低巷道旁支柱与矸石带等的承载力；对于被动支护，是指在巷道台上和边缘相距0.5m的位置使用矸石、水泥与砂浆等材料堆砌一个宽度为1.0～1.5m的矸石带，对顶板进行支护，此外，在矸石带外侧进行支柱的安装，用于提高支护结构整体强度。沿空留巷维护断面支护如图1所示。

1.3 支护设计

留巷采用矩形断面，其高度和宽度分别为2.4m、2.5m，顶板支护主要采用螺纹钢锚杆，其间排距按1200mm×800mm进行控制。

1.3.1 锚索

为对顶板支护进行有效加强，需在巷道中和工作面煤壁相距0.5m的位置进行锚索的安装，共设置一排，锚索为钢绞线，长5.0m，间隔距离按1.0m控制，将12号工字钢加工成锚索的托盘，其长度按450mm控制，按与煤壁保持平行的方向进行安装。

1.3.2 巷旁支护

伴随采煤工作面不断推进，在巷道台上和边缘相距0.5m的位置采用矸石、水泥与砂浆进行堆砌，以此形成一个宽度为1.0～1.5m的矸石带，用于对顶板结构进行支护。

1.4 充填材料选择

考虑到充填材料质量与性能的好坏直接影响沿空留巷整体质量，因此在作业中必须重视并做好材料的选择。所选充填材料必须质量合格，材质良好，不仅原料的来源要广泛，而且还要注意成本，做到工艺简单可行，保证安全性，提高支护强度，缩短凝结的时间，并要有一定可伸缩量。一般情况下都将水泥作为主要凝结材料，在此基础上添加适量的粉煤灰、矸石粉与砂石。从现行设计规范可知，为达到满足要求的抗压强度，需将充填材料的配合比确定如下：水泥：砂：矸石：水=1：2：3.3：0.6，除此之外，还要根据实际情况添加外加剂，如早强剂、减水剂、泵送剂等。其中，早强剂的添加量一般为水泥总剂量的0.8～2.0%；减水剂的添加量一般为水泥总剂量的1.8～3.2%；泵送剂的添加量一般为水泥总剂量的1.00～1.25%。对于其它原材料，应满足以下要求：水泥一般选用425#普硅水泥；石料的粒径应控制在0.5～1.0cm范围内；石屑的含水率应在3%以下[2]。

1.5 注意事项

1.5.1 不可采用密集支架方式

沿空留巷工艺产生初期主要采用密集支架方式来完成，当时通过对多种支架形式的合理应用解决了许多问题，尤其是无煤柱采煤方面的问题。然而，一般都用于采面地压很小，同时煤层的实际赋存条件相对较好，没有自然发火现象的矿井，并且实际应用情况并不完全尽如人意。主要存在以下问题和不足：支护材料的种类较多，实际工程量相对较大，效果一般，隔离效果很差。因此，在实际作业中不可采用密集支架这一方式。

1.5.2 充分考虑砌体墙法的缺陷

利用预制块进行砌墙能克服很多缺陷，形成一个对采空区进行隔离的整体且密实的墙体。然而，这一方法仍无法解决顶板和墙体之间的接顶问题，使顶板过量离层，无法达到预期的支护效果。因此，应充分考虑这一方法的缺陷，进行有针对性的改进。就目前来看，采用高水材料进行充填是最主流和有效的方法。对于高水材料，可通过对其水灰比的调节来改变充填结构抗压强度，以满足实际工程要求，能提供足够的初期支护阻力，实际增阻速度极快，可适应顶板发生的下沉，由良好的维护综合效果。此外，机械化水平高，成型后密闭性能与隔绝效果均良好。

1.5.3 建议采用现浇混凝土隔墙的方法

通过多年的实践可知，虽然采用混凝土墙体要投入大量的材料，但是这种方法具有很好的适应性，且承载能力强，可形成较高切顶强度，有很高的可靠性与安全性，得到广泛使用。但混凝土墙也存在一定的缺点，主要是费用较高，且工艺复杂，强度形成速度无法与工作面完全适应，不能使墙体与顶部完全紧贴。

1.6 通风系统与瓦斯抽采

1.6.1 通风系统

通防部应随着采面推进及时调整该作业区域通风设施，必须保证砌墙后整个W2513机运巷通风顺畅。通风队应在已回采后人工砌墙区域设置栅栏，除安全检查人员及瓦检员以外其余人员严禁入内。通风队每班必须派瓦检员对施工地点的瓦斯情况进行检查。

1.6.2 瓦斯抽采

工作面每向前推進30m便在墙体中埋设一根铁管，其长度为2.5m，将其作为瓦斯抽采专用管道。

2 单一煤层沿空留巷效益

2.1 资源回收量大幅增加

在传统开采方式中，两个相邻的工作面间会设置保护煤柱，工作面按800m长计算，则每多布置两个工作面将损失至少两条保护煤柱。而在采取沿空留巷工艺后，相当于每隔5m采出一块长4m、宽2m、高1m的煤块，如果保护煤柱为800m，则能开采出近2217t的煤，资源回收量得以大幅增加[3]。

2.2 巷道掘进费用明显降低

在全面引用沿空留巷工艺后，能充分利用现有巷道，简单的修缮以后即可正常使用，这样无疑会节省大量的费用，包括人工费、维护费与支撑工程费用。除此之外，无需重新设置巷道，能满足接续等方面的实际要求，并且由于可少打至少两条巷道，能对矿井矸石进行直接输出，所以能防止财力、人力与物力等的浪费。