寺家庄矿大采高工作面巷旁充填沿空留墙技术应用

段春阳

（华阳新材料科技集团有限公司，山西 阳泉 045000）

1 引 言

长期以来我国以煤炭作为主要消费能源，我国煤矿以地下井工开采为主，一般采用走向长壁采煤法，相邻工作面采用留设煤柱维护其回采巷道，这就造成了大量的煤柱资源遗留在采空区，同时生产时间也表明煤柱宽度对巷道的维护效果并非越宽越好。目前许多矿井采用了沿空留巷技术用于实现无煤柱开采，沿空留巷技术是指采用一定的技术手段将上工作面回采巷道保留下来用于下工作面，沿空留巷技术可形成Y 型通风，还可显著提高煤炭回收率、降低巷道开拓成本，目前沿空留巷一般要在采空区巷帮构筑充填墙体，同时采用一定的巷内加固技术以实现留巷的稳定控制[1-5]。

2 工程背景

寺家庄矿15117 综采工作面开采15 号煤，位于+510 水平中央盘区，工作面采用一次采全高综采工艺，工作面标高470～515m，地面标高925～1 005 m，南部为盘区准备巷道，东部为15119 工作面（未掘进），西部为15115 工作面（已回采）。15 号煤层平均厚度为5.62 m，平均倾角6°，赋存稳定，结构较复杂，一般含矸2～3 层，块状及粉状；直接顶为砂质泥岩，平均厚度5.33 m，深灰色，富含植物化石碎片，及碎屑化石，夹粉砂岩条带，显示水平层理，具节理；老顶为粉砂岩，平均厚度6.71 m，灰色，砂质泥岩互层，显示缓波状层理，富含植物化石碎片；直接底为泥岩，平均厚度2.29 m，灰色，含黄铁矿结核，含植物化石碎片，老底为砂质泥岩，平均厚度5.78 m，深灰色，含团块状褐铁矿，分选磨圆较好。为提高煤炭回收率、实现采空区遗煤自燃的有效防治，15117 综采工作面采用沿空留墙技术在15117 进风巷构筑充填墙体，邻近工作面回采巷道15119 回风巷沿墙体边缘进行掘巷，从而实现无煤柱开采。

图1 15117 工作面采掘平面图

3 巷旁充填沿空留墙技术与工艺

3.1 巷旁充填沿空留墙技术原理

15117 工作面进风巷掘进断面为矩形断面，掘进宽度5.2 m，掘进高度4.1 m，采用沿空留墙技术是需要对巷道进行扩帮，掘出需浇筑墙体的空间，并对墙体进行加强支护，保证墙体稳定，根据浇筑墙体的设计要求，墙体宽度1.5 m，高度5.5 m，设计扩帮宽度为2.5 m，浇筑墙体区域下方起底1.5 m，巷道扩帮及浇筑墙体初步设计见图2 所示。

图2 巷道扩帮及浇筑墙体初步设计

在15117 工作面回采前，在进风巷进行起底工作，起底位置距进风巷外帮侧1.0 m，起底深度、宽度均为1.5 m，起底后浇筑混凝土墙体基础，钉钉时间后继续浇筑墙体并接顶，15117 工作面回采结束后，15119 回风巷沿墙体边缘进行掘巷，图3 给出了巷旁充填沿空留墙技术原理图。

图3 巷旁充填沿空留墙技术原理图

3.2 巷旁充填沿空留墙技术

3.2.1 扩巷加强支护

15117 工作面进风巷扩帮宽度为2.5 m，采用锚杆+锚索进行加强支护，顶板锚杆规格为φ20 mm、L 2 200 mm，距原支护锚杆490 mm 处布置1 根，顶板锚索规格φ17.8 mm、L7 200 mm 的钢绞线，与锚杆设计间距960 mm 布置2 根，顶板锚杆（索）排距设计800 mm，扩巷帮锚杆规格为φ18 mm、L2 400 mm，每排布置5 根，锚杆间排距设计800 mm×800 mm，巷帮锚索采规格φ17.8 mm、L 5 200 mm 的钢绞线，距顶板2.0 m 处布置1 根锚索，排距设计为2 700 mm，与水平呈15°夹角。具体布置见图3。

图4 扩巷加强支护断面图

3.2.2 浇筑墙体支护

15117 工作面进风巷浇筑墙体前架设柔模框架，并在柔模空间内提前布置加强锚栓，柔模外壁提前布置横纵钢筋钢带，锚栓采用规格φ22 mm、L1 650 mm 的螺纹钢制作，配套规格150 mm×150 mm×10 mm 的锚栓托盘，锚栓间排距设计800 mm×750 mm，钢筋钢带采用φ16 mm 的圆钢焊接而成，纵横钢筋钢带内侧提前布置钢筋网，网孔规格100 mm×100 mm，浇筑墙体宽度1.5 m，高度5.5 m，浇筑混凝土强度设计为C40，材料配比为水泥∶砂子：碎石∶水∶专用外加剂= 700∶800∶800∶220∶1（重量比），浇筑完后预紧锚栓，预紧力设计150 N·m。图5 给出了浇筑墙体加强支护平面图。

图5 浇筑墙体加强支护平面图

3.3 巷旁充填沿空留墙工艺

巷旁充填沿空留墙工艺主要包括5 个工艺流程，见图6 所示。第一步，15117 工作面进风巷实体煤扩帮；第二步，巷道超前起底浇筑墙体基础；第三步，架设柔模框架，提前布置加强锚栓、横纵钢筋钢带、钢筋网，支设单体支柱；第四步，浇筑混凝土墙体；第五步，回撤单体支护，进行下一阶段沿空留墙。

图6 巷旁充填沿空留墙工艺流程图

4 工程应用

提出的巷旁充填沿空留墙技术在寺家庄矿15117 工作面进风巷进行了工程应用，在距墙体800 mm 的位置采用单体支柱进行了加强支护。

图7 给出了浇筑墙体前后的现场情况（15117工作面进风巷侧），图8 给出了沿空留墙效果图（15119 工作面回风巷侧），如图所示，巷内浇筑的墙体维护良好，巷旁充填沿空留墙技术在15117 工作面进风巷成功应用后，提高煤炭回收率可达10 %，单个工作面可多回收25 万t 煤炭，减少了巷帮支护工序，提高了巷道掘进效率（一班可达9.0 m），减少了采空区去遗煤，降低了采空区自燃的风险。

图7 浇筑墙体前后

图8 沿空留墙效果图

5 结 论

为提高煤炭回收率、实现采空区遗煤自燃的有效防治，提出采用巷旁充填沿空留墙技术实现寺家庄矿工作面无煤柱开采，基于此，介绍了巷旁充填沿空留墙技术原理，开发了巷旁充填沿空留墙技术，主要包括扩巷加强支护和浇筑墙体支护，提出了巷旁充填沿空留墙工艺，技术在15117 工作面进风巷进行了工程应用，煤炭回收率提高10%，减少了巷帮支护工序，提高了巷道掘进效率，减少了采空区去遗煤，降低了采空区自燃的风险。