高水材料巷旁充填沿空留巷技术的应用

赵伟伟

【摘 要】 高水材料巷旁充填沿空留巷技术为实现煤炭资源的高采出率提供了可能。为减少巷道采掘成本，本文以杨村煤矿掘进工作面为研究背景，采用高水材料巷旁充填进行护巷。试验结果表明：巷旁充填宽度为1 m，高水材料水灰比为2∶1，同时辅以超前加固技术及巷道补强支护可以保证沿空留巷效果。此技术可减少巷道掘进量，节约成本，同时有效控制了沿空留巷围岩的变形，保证了煤炭资源安全高产高效开采。

【关键词】 巷旁充填;沿空留巷;采出率;加固技术

【中图分类号】 TD353 【文献标识码】 A 【文章编号】 2096-4102（2021）06-0021-03

煤炭资源的安全高产高效开采，一直是煤矿开采的发展方向。高水材料巷旁充填沿空留巷技术对提高煤炭资源采出率及巷道支护提供了有力支持，而沿空留巷技术的关键在于选取合适的加固支护技术和巷旁充填隔离技术。闫帅等对复用回采巷道护巷的合理煤柱宽度进行了研究，并确定了合理的煤柱宽度。王德超等通过试验对不同宽度煤柱下的深部厚煤层综放沿空掘巷进行了试验研究，并得出合理的煤柱宽度。张广超等以羊场湾煤矿为研究背景，通过数值模拟与现场试验得出高强度开采综放工作面下煤柱的合理宽度为10m。

本文以兖州煤业股份有限公司杨村煤矿为工程背景，采用高水材料巷旁充填沿空留巷技术，可实现工作面无煤柱开采，可减少巷道掘进量，提高经济效益。本文研究成果可以为其他相似工程条件下的煤矿开采提供借鉴与参考。

1工程概况

杨村煤矿15号煤的煤层厚度约为4.5-6.0m，平均5.48m。工作面顶底板煤岩情况如表1所示。杨村煤矿15021运输巷为沿空留巷，15031为工作面回风巷，为确保留巷成功，需提前对所留巷道在回采工作面前后100m范围内采取补强支护及加固措施，巷旁充填需在距回采工作面后方20m以外。补强支护方式为对巷道加密锚杆支护及采用单体液压支柱配合π型钢加固，巷旁充填方式为采用高水材料进行充填。沿空留巷及巷旁充填示意图如图1所示，煤岩柱图如表1所示。

2巷道加固技术方案

巷道的原支护方案是采用锚杆、锚索、钢筋网以及钢带进行加固，加固技术如图2所示。

锚杆：巷道的顶板使用MSGLW-500/22×2200左旋无纵肋螺纹钢树脂锚杆，锚杆间距0.8×1.0m;巷道两帮采用MSGLD-500/20×2200左旋等强螺纹钢式树脂锚杆，锚杆间距为0.8×1.0m。

锚索：巷道的中间采用SKP18-1/1860×7000型号的锚索布设，间距为1.9m。

钢筋网采用LW-50/4-SZ的菱形形状网，钢筋的搭接长度为1.0m。

巷道的顶板使用T型钢带，巷道的两帮使用Φ10mm圆钢加工而成的钢筋。

3巷旁充填技术作用机理、方案与工艺

3.1巷旁充填技术作用机理

巷旁充填体应该具有早期强度高、耐高温等主要特性，同时巷旁充填体与工作面一起进行作业，与巷道内其他支护共同作用，保证巷道直接顶的稳定性，降低巷旁充填体所承受的载荷。

随着巷道工作面的推进，基本顶会发生破坏沉降，在基本顶发生破坏时充填体的支护阻力须达到切顶阻力，切断采空区侧基本顶，从而降低充填体得载荷。

巷道围岩稳定后，充填体支护阻力的大小应不小于巷道上方已切断岩层的重力，同时巷道顶板的沉降量在允许范围内。

3.2充填方案

结合15021运输巷现场实际地质条件最终确定充填体宽度1.0m，高度为采高，每次充填长度为3.2m，充填水灰比为2∶1。为提高巷旁充填体横向上的抗变形能力和承载能力，在作业时采用φ22mm的螺纹钢、钢筋网等在充填体的两侧进行加固，提高充填体的整体抗横向变形及承载能力。

3.3充填工艺

材料的准备和储存。灌装前，按灌装量准备足够的A、B原料。这两种原材料應分开放置。按比例使用的水应干净，方便使用。加注泵应清洁，运行正常。输送管道应保持畅通，无泄漏。

准备好充填的位置。将填充点的浮煤屑清理干净，同时检查填充点支撑是否牢固，当锚网支撑完好时，取出填充位置的单个液压支柱，然后根据填充位置和填充宽度将金属骨架放置在两侧，用张拉杆固定两侧的金属骨架，最后将填充袋放入金属骨架中。

搅拌和填充物。将材料A和材料B倒入不同的搅拌桶中，按水与水泥比2∶1均匀搅拌，倒入双料填泵，由填泵加压，将填充袋在填点通过管道输送。当其与巷道的上底板密切接触后，停止进行填料，同时将填充袋的袋口绑扎严密，防止发生泄漏。填充过程如图3所示。

3.4高水材料力学性能分析

为了更好地探究高水充填材料的力学性能，分别采用90%、93%、96%、97%四个级别水体积的材料固结体进行试验分析，选用DFPK和DFPM的材料型号。养护温度设定为20℃，水温设定为19℃。高水充填材料不同时期强度变化曲线如图4所示。

由图4可以看出，高水充填材料固结体随水体积的增大，强度有所下降，同时具有明显的早强、增长速度快的特征，在168h后高水充填材料的强度增长相对缓慢，但其达到了峰值强度的70%-90%。

4巷旁充填技术经济效益分析

采用沿空留巷技术后，在前期留巷工程和后期维护所需的劳动力与采掘巷道所需的劳动力大致相同，但加固支护所需材料和充填所需的材料为掘进支护所需材料的50%，每延米巷道支护费用可减少1800元，同时可多采出约4.5吨原煤，为矿井高效生产提供了保障，提高了企业的经济效益。

5结语

采用高水材料巷旁充填沿空留巷技术在杨村煤矿的成功使用，为其他工作面的高效开采提供了借鉴。

高水材料巷旁充填沿空留巷技术实现了无煤柱开采，解决了杨村煤矿采掘进度缓慢、成本高、采掘交替紧张等问题，提高了矿山的经济效益，为矿山的高效生产提供了保证。

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