沿空留巷“Y型”通风无煤柱开采技术实践

2019-07-30穆三奴白彦文

山东煤炭科技 2019年7期

穆三奴白彦文

（山西柳林寨崖底煤业有限公司，山西吕梁 033300）

寨崖底煤业有限公司120308工作面主采3#煤，煤层厚度为1.2m，采出速度慢，交替紧张，安全管理难度大。通过工程类比等研究，提出了沿空留巷“Y”型通风无煤柱开采技术，即120308轨道顺槽在回采过程中进行充填留巷，并将该巷道作为后续120307工作面的轨道顺槽，同时在工作面运用“Y型”通风的布局，在区段间引入无煤柱连续开采技术。

1 概况

3#煤层倾角为1°～3°，平均厚度1.2m，120308轨道顺槽为矩形断面，毛宽、毛高分别为4.5m和2.4m，支护为锚网梁索方式。巷道直接顶板为泥岩和砂质泥岩，厚度在0.7～1.4m；基本顶为泥岩和砂岩，平均厚度为7.54m；底板为泥岩和粉砂岩，平均厚度为2.4m。工作面采用后退式走向长壁开采，综采工艺，全部垮落法管理顶板。根据巷道顶板岩层情况、工作面矿压显现规律以及工作面推进度，确定充填宽度为1.2m，充填高度为采高1.2m，每班充填4.8m或3.6m。

2 沿空留巷巷旁充填技术

2.1 充填材料

充填材料主要为高水凝速材料，其中基料为硫铝酸盐水泥熟料，在其中融入石膏、石灰、悬浮剂等其他辅助材料；充填材料分为甲料和乙料，以1∶1的比例配合使用。甲料、乙料均可单独和水进行混合，并保持24h不凝结，但甲料、乙料混合之后能够加速凝结硬化。因此，为预防材料在搅拌环节和运输环节出现材料凝结和硬化，导致管路、设备失效，应将甲料和乙料进行分开搅拌和运送，在进场过程中按比例等量进入，并混合均匀，以满足强度需要。

按照中国矿业大学所提供的实验报告，高水速凝材料在填充过程中前一个星期时间内强度加强较为明显，随后增速较为缓慢，并于28d左右形成最大值。水灰比例越小，强度越大，当水灰质量比为2:1时，所形成的最大强度值为6.8MPa。根据现场情况，本次充填水灰比为1.5:1，即1kg的高水充填材料加1.5kg的水。

2.2 充填工艺

充填系统：搅拌桶在工作过程中对甲料、乙料进行分别搅拌，并按比例混入等量粉煤灰，以双液充填的方式进行加压，在双趟高压管路中形成浆液输送，在留巷区域充填至充填袋中加以混合和凝固。

充填工作组按照巷道中已形成的充填块，定位充填位置，并对顶板作出支护。在支护过程中按照顶板是否完整考虑是否需要采取临时性支护措施，以满足安全需要，并开展浮煤清理工作和填充袋吊挂工作。将凝固后的充填体钢筋网拆除，对钢筋网中的填充袋以联接和对拉的方式形成支柱。

3 沿空留巷支护技术与方案

3.1 巷内补强支护方案

沿空留巷在实际工作中需要历经两次工作面采动，因此顶板区域活动较为剧烈。为有效控制顶板，可在支护基础上进行补强。具体方式如下：用参数为Ф17.8×7000mm的预应力锚索对顶板作出支护，距采煤帮650mm，每排用锚索一根，排距1600mm，用CK2340树脂药卷一根、Z2360树脂药卷两根、300×300×16mm钢垫板一块和锁具一套，预紧力不低于100kN，锚索锚固力不小于200kN。补强支护断面图如图1所示。

图1 120308轨顺巷内补强支护断面图

3.2 留巷段辅助加强支护方案

工作面回采之后的顺槽需要进行保留，以便下一区段工作面使用。在回采阶段和留巷阶段，顶板活动较为剧烈，需要进行辅助加强支护。在充填体采空区侧架设“单体液压支柱+π型钢梁”临时支护。辅助支护手段包括：以π型钢梁为基础的单体液压支柱、铁鞋，柱距1.2m、排距1.0m，边柱距为0.45m，每排单体液压支柱4根。如图2所示。

图2 留巷段辅助加强支护方案

4 矿压观测

4.1 充填体载荷变化规律

充填体随着工作面推进呈现出一定变化，在距离工作面0～12m的区域内，充填体载荷压力为0～3.2MPa，在此阶段增速较快；在12m～32m的区域内，载荷压力急速增加，并于32m时形成最大值6.2MPa；在32m之后区域基本稳定。因此充填体稳定性相对较好，能够满足顶板完整性需要，维持巷道施工安全。

4.2 充填体及围岩变形规律

120308工作面回采结束后，充填体变形量为0.05%。120307工作面回采过程中，巷道在二次回采影响下底鼓200～300mm、两帮移位靠近100～200mm。变形规律表明：上区段的充填体在单次回采中较为稳定，在二次回采后，也可以满足无煤柱开采要求，本次工业试验较成功，检测120307工作面无瓦斯积聚现象。