沿空留巷支护条件下的采空区处理措施

2018-11-19何兴巧邓月华

陕西煤炭 2018年6期

何兴巧，邓月华

(1.四川省煤炭产业集团有限责任公司，四川成都 610091；2.宜宾学院资源与环境工程学院，四川宜宾 644000)

0 引言

煤矿采煤工作面开采后采空区的处理问题，一直是一个采矿技术难题，顶板的大面积垮落冲击，采空区发火，是研究采空区处理问题的关键[1]。由于煤矿的条件差异，采空区位置、形态各不相同，采空区的处理方法也各有不同。如何针对煤矿采空区的特点和条件，综合考虑影响的各种因素，成为煤矿安全技术研究的热点之一[2]。采空区处理方法通常有全部垮落、封闭、加固和充填等，选择合理的采空区处理方法，能减免采空区发火，避免大规模的顶板活动，确保井下作业安全。

随着煤矿开采机械化程度的提高，为了解决采掘接替紧张、瓦斯超限及提高回采率等问题，矿井在不断推广使用沿空留巷技术。采用沿空留巷技术，可以减少巷道掘进量，实现工作面Y型通风，有效治理工作面瓦斯超限难题，提高煤炭资源采出率，缓解采掘接替紧张的矛盾。

1 沿空留巷支护要求

1.1 沿空留巷支护的可靠性和经济性

可靠性：工作面开采后沿采空区留设巷道要经历多次采动影响，巷道围岩变形量大，破坏严重。实施沿空留巷时，应保证巷道基本支护和加强支护的支护质量，控制围岩变形破坏，确保留设巷道既满足本工作面生产需要，也能满足相邻工作面设备运行、行人和通风需要。

经济性：根据煤矿的具体地质条件选取的沿空留巷方案不仅技术可行及安全可靠，有利于提高煤炭采出率、降低巷道掘进率和缓解采掘接替紧张，还应降低实施过程中的经济成本。

1.2 沿空留巷支护的安全性和系统性

安全性：沿采空区巷道矿山压力显现明显，采空区瓦斯运移富集规律复杂，须严格按照《煤矿安全规程》和其它相关技术文件要求，加强围岩变形量及瓦斯含量的监测，保证施工作业安全，避免造成人员伤亡。

系统性：实施沿空留巷是一个系统工程，涉及回采巷道的掘进及支护工艺，工作面的超前支护、端部支护、巷道超前工作面加强支护和滞后的沿空护巷支护等阶段。因此，实施沿空护巷技术时，应综合考虑各阶段具体的施工设计方案，明确各阶段支护重点及作用，明确各阶段之间的联系。

2 采空区巷旁支护规律

煤矿井下在应用沿空留巷技术时，根据各煤层沿空留巷的适应性等级，采用砌块充填、泵送混凝土、矸石袋充填、冒落矸石自然充填及超前预裂爆破成巷等技术进行巷旁顶板控制。采空区巷旁支护过程应遵循以下规律。

及时构筑采空区巷旁支护结构，有效控制采空区巷旁顶板及留设巷道内顶板的变形：工作面端部支护应包括巷旁支护作业空间的顶板控制，待工作面回采以后及时进行采空区巷旁支护的施工，保证采空区巷旁支护结构及时控制直接顶的离层，及时切断采空区直接顶板，使垮落矸石在采空区内充填支撑老顶，减少其上覆岩层的弯曲下沉，同时减少留设巷内支护结构所承受的载荷，保持保留巷道围岩结构稳定。

及时封闭工作面采空区：工作面回采后，及时构筑巷旁充填结构，并应有封闭采空区的措施，阻止巷道新鲜风流进入采空区，防止采空区遗煤自然发火，同时避免采空区漏风，使有害气体逸出。

遵循巷道围岩顶板活动规律：遵循沿空留巷顶板活动规律，使采空区巷旁支护结构适应老顶的“给定变形”和“给定载荷”状态。

特殊支护：在沿空留巷实施过程中，应采取针对性的支护措施，确保采空区冒落矸石自然充填过程中巷旁挡矸装置稳定可靠，留设巷道超前预裂爆破成巷的顶板支护锚杆、锚索及架棚支护稳定可靠，维护巷道稳定及防止采空区窜矸伤人。

3 沿空留巷时采空区处理方法

基于上述对工作面采空区沿空留巷支护要求及巷旁支护规律的分析，矿井实施沿空留巷时，针对采空区自然、漏风、积水等问题采取相应的防治措施。

3.1 采空区的防灭火措施

液氮防灭火：为了处理采空区自然发火，应在预留巷道里铺设一条液氮输送管路。实施沿空留巷过程中，在巷旁支护结构体内预先埋设注氮管，平时设置法兰盘堵死，确保必要时能及时与巷内的液氮输送管路连接。注氮管标准：管径φ108 mm，距充填墙底部高度400～600 mm(根据煤层倾角、厚度等调整)，墙外露头200 mm，墙内露头200 mm，每隔20 m布置一根。具体布置如图1所示。

图1 沿空护巷注氮管路铺设图

以采空区氧化带中O2浓度大小作为注氮强度的依据。如果采空区中O2浓度大于15%或标志性气体超过防火安全浓度，应加大注氮量，每小时注氮量控制在600 m3，每天注氮量不小于10 000 m3。一旦巷旁支护结构体内采空区遗煤自燃，应采取由支护结构内预先埋设的充填管进行注氮。按漏风量考虑，可按下式计算

Q=60×Q1(C1-C2)/(C2-1+CN)

(1)

式中：Q—采空区灭火注氮量，m3/h；Q1—采空区漏风量，m3/min；C1—发生火灾前采空区初试O2浓度；C2—采空区灭火堕化指标规定的O2浓度值，可取3%；CN—注入氮气中的氮气纯度，取99%。

灌浆、注胶防灭火：灌浆、注胶防灭火系统主要由其地面部分、井下部分以及管网组成。地面部分主要包括供水系统、制浆系统、悬浮剂添加设备、滤浆器、增压泵和自动监控系统；井下部分设备主要由输浆管道和矿用注浆机组成；管网单独敷设。沿空留巷期间，如果因巷旁支护结构不接顶等漏风因素，致使工作面采空区发火，便立即利用灌浆管路，对不接顶处进行灌浆堵漏。

人工检测防灭火：沿空留巷期间，对留巷段采空区内CO等有毒有害气体的监测尤为重要。在留巷期间，应每天定期由专职瓦检员不少于3次检查采空区内部的瓦斯、CO等有毒有害气体含量，并每班定点采样送地面进行色谱分析。

3.2 采空区的防漏风措施

采空区巷旁支护结构体防漏风措施：巷旁支护结构支护前未清理净底板淤煤、杂物、矸石，墙体受压时产生滑动，导致支护结构变形产生裂缝。对于泵送混凝土、高水材料等墙体，易出现这种问题。在新、旧支护结构搭接处，支护体结合不紧密，支护体间产生裂缝形成漏风。对于泵送混凝土、高水材料等墙体，易出现这种问题。矸石袋、砌块等支护体由于搭接不紧密容易留下缝隙，后喷射的防漏风材料由于与支护体受压变形量不同，在变形过程中脱落。

沿空留巷采空区防止漏风措施：采空区巷旁支护前彻底清除底板上的浮煤杂物，避免巷旁支护结构体的不均匀下沉。泵送混凝土、高水材料等作为支护结构体，在新、旧墙体之间预先设置钢筋，减少相邻充填体相对位移，从而避免产生裂缝；对于矸石袋、砌块等作为支护结构体，在堆砌的过程中，应该严格控制施工质量，减少缝隙，对于不可避免的缝隙应用黄泥等不燃材料进行封堵。沿空留巷采用巷道注浆措施时，无论何种巷旁支护结构体，支护体靠巷道侧都应采用锚带网，以便在减少支护体变形的同时，使支护体表面具有一定的凹凸性，增加喷浆材料的附着力，防止喷浆材料的脱落。在巷旁支护结构体砌筑完成后进行首次喷浆防护，在支护体受压变形稳定后进行二次喷浆防护，并应派遣巡查人员，周期性检查支护体，支护体出现裂缝应及时修补。

3.3 采空区的防积水措施

对于淋水较大的工作面，采空区会形成大量积水，需要及时疏导采空区积水。一般在沿空巷道靠未采煤体帮的底板留设一条排水道，在巷旁支护结构体内间隔10 m预先埋设一根排水弯管，通过巷道底板的引水道，连接排水管和排水道。排水管选用直径φ25 mm钢管，设置在支护体距底板400～600mm处(根据煤层倾角、厚度等调整)。排水管的弯曲段设置在巷道侧，利用管道内的积水隔绝采空区瓦斯等有害气体，采空区侧露头100 mm。具体设置如图2所示。