急倾斜大采高综采工作面沿空留巷技术

周忠国 张孟军 曾芳彬 张海云 刘 建 简学才

（四川省华蓥山煤业股份有限公司绿水洞煤矿，四川华蓥 638600）

0 引言

随着科技技术进步，绿水洞煤矿采煤机械化程度达到100%，但掘进机械化程度却相对较低，导致采掘接替存在问题，掘进进度滞后所带来的接替紧张已成为制约矿井发展的瓶颈。矿井传统采区上下区段之间都留设一定宽度的煤柱，造成大量煤炭资源浪费，且煤柱留设不合理还会使覆岩应力在煤柱处集中，对巷道造成破坏，给采煤回采工作带来安全威胁和较大巷道维修工程量，实施沿空留巷已然是大势所趋[1-7]。

1 技术方案

1.1 密集挡矸工字钢

（1）采用11＃矿用工字钢（L=3m）配锚索（Φ=17.8mm，L=5000mm 的锚索）施工顶板走向横梁，搭接处不能出现错缝，每根工字钢顶部施工3 个锚索眼孔，施工3 根锚索，锚索可先上锚具，限位不紧固。

（2）采用11＃矿用工字钢（L=3m）在距机巷高帮1.5m处施工底板走向底梁，每根工字钢施工3 组胀壳式锚杆（Φ=16mm，L=1500mm）配压板（δ≥10mm）支护，锚杆间距1.5m，并施工2 根“7”字稳桩（Φ=35mm，L=900mm），间距1m，底梁搭接处不能出现错缝（现场有回收的锚棚支架梁子也可做底梁）。

（3）在底板走向底梁上侧施工挡矸工字钢柱窝，深度不低于0.3m（实底以下），然后架设挡矸工字钢（严禁滞后于支架切顶线，并预留人行通道，宽度不低于0.8m），间距0.4m。上端挂靠在顶板走向横梁上，下端立于柱窝内，挡矸工字钢必须施工在坚硬底板上。

（4）采用15kg/m 钢轨或11#矿用工字钢将挡矸工字钢连成整体，配U 型卡固定，实行上下双排连接，第一排距顶板1.3m，第二排距顶板2.2m。

（5）在挡矸工字钢上方铺设网片（双层错缝搭接，网片搭接位置必须是工字钢）、风筒布及垫层，风筒布必须压在走向横梁内，网片和风筒布必须用铁丝捆扎牢靠，当1＃液压支架与挡矸工字钢间隙超过0.3m 时，必须在切顶线位置施工1 根单体液压支柱，严防采空区窜矸。

（6）沿空留巷旁及巷内顶板支护采用树脂锚杆（Φ=18mm，L=2000mm）配菱形金属网及锚索（Φ=17.8mm，L=5000mm 的锚索），锚杆间排距1m，锚索间距2.5m，巷旁顶板支护采用锚梁（槽钢长度3m，沿走向布置）。

（7）在挡矸工字钢外侧施工斜撑钢梁，顶端紧贴顶板，采用树脂锚杆（Φ=18mm，L=2000mm）配压板（δ≥10mm）锁固，并使用稳桩（Φ=36mm，L=300mm）固定，尾端设置于距顶板1.3m 处挡矸工字钢处钢轨上方，斜撑钢梁间距3m。

（8）沿空留巷旁及高帮侧底板采用胀壳式锚杆（Φ=16mm，L=1800mm）配菱形金属网及锚索（Φ=17.8mm，L=3000mm 的锚索）配钢带进行联合支护，锚杆间排距1m，锚索间距2m，钢带纵横布置。第一排胀壳式锚杆利用底板走向底梁锁固的胀壳式锚杆。若高帮侧底板出现推底，则必须关盒子板，采取浇筑和喷射砼处理，厚度不小于0.5m，斜面厚度不小于0.3m。

（9）对沿空留巷巷内补强支护采用双排单体液压支柱配走向槽钢（12＃），支柱间距1m，迎山有力，高帮侧支柱距高帮0.5m，矮帮侧支柱距矮帮1.2m，补强支护长度不得小于60m，所有活柱和三用阀包裹支护，并保证车辆正常运行宽度。

（10）对沿空留巷段及时进行喷射砼支护，强度等级为C30，喷浆厚度≥50mm。若喷射混凝土支护效果差，则在挡矸工字钢外侧增挂金属网，喷射混凝土支护前必须先堵漏处理，喷射混凝土支护滞后沿空留巷钢梁距离不得大于3m，反弹料必须及时处理。

1.2 柔模混凝土

（1）工艺流程：安全检查→底板及高帮侧清收浮煤矸至实底，确保达到设计尺寸→顶板植筋及施工顶上固定柔性模板锚杆→柔性模板展开及边缘孔穿圆钢→挂柔性模板及穿锚栓→底板植筋→柔性模板外侧采用单体液压支柱配木板支模→预埋排水管(兼注氮管)→注浆→清洗设备及现场文明生产。

（2）顶板上布置一排φ=20mm、L=750mm 螺纹钢式树脂锚杆作为植筋锚杆，排距1m，外露长度200mm。柔性模板上端两侧耳座固定采用φ=20mm、L=750mm 螺纹钢式树脂锚杆，锚杆间距0.6m，排距1m，外露长度不超过100mm，每根锚杆眼孔内装填一支CK2370 型树脂锚固剂。采用φ=16mm 圆钢穿入柔性模板两侧耳座边缘孔中。

（3）在挡矸工字钢下方靠高帮侧挂设长度3m 或4m、宽度0.6m、高度4.5m 或4.7m（随顶板倾角变化而定）的柔性模板，倾角85°～87°。

（4）为控制柔模成形，采用φ=20mm、L=750mm 全螺纹钢式树脂锚杆，两端配托盘和螺母形成锚栓，间排距0.6 ～1.0m。柔性模板外侧采用戴帽点柱或单体液压支柱配方木进行支护，支柱柱距1m，在柔性模板与支柱间插入δ=50mm 的木板，柔性模板靠工作面煤壁侧打设一根单体液压支柱，使其侧边呈凹状，成型后取掉该支柱，使相邻柔性模板之间实现密接，减少间隙和漏风。

2 试验工作面概况

3122 工作面位于龙王洞背斜东翼南+350m 水平312 采区，为单斜构造，对应地面标高为+875 ～+995m，井下标高为+450 ～+550m，工作面位于水井湾附近，地形为缓斜坡地形，北高南低，地面多被竹林、灌木覆盖，无大面积水体和其他建筑物存在。工作面可采走向长度790m，倾斜长度110 ～130m，平均倾斜长度120m，采用走向长壁后退式采煤方法和综合机械化回采工艺，采空区处理采用全部垮落法管理顶板。3122 工作面开采K1 煤层，以合成煤为主，局部煤层分岔，煤种为焦煤和焦肥煤，煤层厚度2.65m ～3.97m，一般厚度2.73m，倾角30°～ 46°，平均倾角38°，煤层普氏硬度系数f∈[1.0 ～1.5]，夹矸2 ～4 层，属较复杂结构煤层，煤层中部有一层0.07m 的高岭石夹矸，在井田内比较稳定，厚度变化小，为井田内煤层对比的标志层，标志层以上有一层夹矸，厚度为0.05 ～1.80m，厚度变化较大，岩性为钙质泥岩、泥岩、砂质泥岩和砂岩，硬度系数f∈[4 ～6]，当夹矸厚度大于0.5m 时，将煤层分为上下两层，下分层厚度1.0 ～1.6m，上分层厚度0.8 ～1.1m。3122 工作面位于K1 煤层中，煤层伪顶为灰色黏土泥岩，厚度0 ～0.3m，含植物根、叶化石，吸水性强。直接顶上部为深灰色泥岩，下部为灰色钙质泥岩，含黄铁矿团块，厚度6.8 ～10.2m。基本顶上部为深灰色泥岩，中部为泥质灰岩，下部为灰黑色硅质薄层灰岩，俗称“小铁板”，厚度6.2 ～11.4m。直接底为灰色泥岩，灰白色细砂岩，含黄铁矿晶粒，厚度3.8 ～6.8m。基本底上部为中厚层状细砂岩，中部为中砂岩，下部为灰白色铝土岩，富含黄铁矿结核，厚度3.1 ～5.7m。采面内顶、底板全区都很完整，局部凹凸不平，裂隙不发育，故顶、底板属中等类型。

3 现场实施过程改进与优化

（1）纵向挡矸工字钢防上下两端防脱扣，特别是在采煤工作面顶板初次来压和周期来压期间，防止纵向挡矸工字钢受力后弯曲变形弹出走向横梁，在纵向挡矸工字钢防上端焊接长度200mm 铁板，形成“7”字形，挂设纵向挡矸工字钢时要求上端必须插入走向横梁，在底板设置深度300mm 柱窝，纵向挡矸工字钢下端置入柱窝内，再采用11#矿用工字钢配锚索、稳桩施工底梁，阻止纵向挡矸工字钢受力后下端滑移。

（2）挡矸工字钢承受采煤工作面顶板初次来压的冲击。一是将所有纵向挡矸工字钢连成整体，初期考虑上下两排，形成共同受力体；二是对机头段采空区侧顶板采取预裂爆破，使爆破垮落产生的矸石堆积至纵向挡矸工字钢上方，先期形成垫层；三是人工铺设垫层，利用巷道卧底处理后的浮矸装袋后扔到纵向挡矸工字钢上方；四是在纵向挡矸工字钢下方施工反崩支柱，利用单体液压支柱抗击冲击；五是通过纵向挡矸工字钢空隙向采空区内注浆（砂浆或粉煤灰均可）。

（3）初期采用单一密集挡矸工字钢，采空区极易出现漏风，采取多项技术措施防止采空区漏风。一是在纵向挡矸工字钢上方从顶板至底板铺设一层风筒布，要求风筒布上端穿过顶板走向横梁，风筒布下端适当延长；二是对纵向挡矸工字钢外侧及时喷浆支护进行封堵，针对喷浆效果差的情形，采取在纵向挡矸工字钢外侧增挂一层金属网或焊网，确保喷浆支护时能够挂得住浆、封得严实；三是严格控制1#液压支架与纵向挡矸工字钢的距离，缩小漏风空间。

（4）初期柔模混凝土制备装备安装在3122 机巷靠尾部进风石门侧，材料运输到位后需大量劳动力卸车和上料，提升卸料和上料速度。一是对柔模混凝土设备溜子上料段巷道进行卧底处理，确保溜子上表面与巷道底板齐平或略低；二是材料尽量采用2T 侧卸式矿车装车，运输到位后直接从两侧卸料；三是对312S 底抽巷有淋水段施工遮雨棚，对装材料的矿车在面上设置遮盖，防止材料运输过程中因淋水造成材料板凝固。随着采煤工作面向前回采和推进，靠尾部进风石门侧柔模混凝土设备管路过远，容易造成堵塞，影响柔模注浆效果，后续考虑在312S 底抽巷施工柔模混凝土设备砼室，将配套设备安装在底抽巷，通过底抽巷向机巷施工穿层钻孔和安装管路，然后再实施混凝土输送，一方面缩短材料的运输距离，另一方面缩短管路距离，避免管路堵塞，连续注入混凝土，增加墙体强度。考虑到在底板抽采巷柔模混凝土材料搅拌时需要大量电机冷却水，从柔模混凝土设备硐室对应底抽巷非人行侧施工放水孔至3122 放水巷，解决巷道积水的问题。

（5）增加护巷支架，减少密集挡矸工字钢施工劳动强度。第一种方案是采用呈阶梯状的护巷支架。一种用于大倾角中厚煤层沿空留巷配套装置，主要由第一挡矸液压支架、第二挡矸液压支架、第三挡矸液压支架、第四挡矸液压支架、第五挡矸液压支架、机头缺口、第一排头液压支架、第六液压支架、挡矸网、挡矸柱、端头支架、行人通道、机巷、补强顶锚索、补强顶锚杆、补强底锚索、补强底锚杆组成，工作面切眼下部设置机头缺口，第一排头液压支架安设于机头靠机巷高帮，第一挡矸液压支架安设于第一排头支架上侧，第二挡矸液压支架安设于第一挡矸液压支架上侧，第三挡矸液压支架安设于第二挡矸液压支架上侧，第四挡矸液压支架安设于第三挡矸液压支架上侧，第五挡矸液压支架安设于第四挡矸液压支架上侧，第六液压支架安设于第五挡矸液压支架上侧，挡矸柱支设于第一排头液压支架与机头缺口之间，挡矸网铺设于挡矸柱上侧，补强顶锚索、补强顶锚杆靠挡矸柱下侧施工于顶板，补强底锚索、补强底锚杆靠挡矸柱下侧施工于底板，端头支架安设于机巷内，沿机巷走向布置，行人通道与端头支架间采用铰接连接。机头缺口倾斜长度为10.5m，走向长度为6m。第一挡矸液压支架、第二挡矸液压支架、第三挡矸液压支架、第四挡矸液压支架、第五挡矸液压支架呈台阶状布置，顶梁后方错差1.2m，挡矸柱距机巷高帮0.8 ～1m。第二种方案是研发新的护巷支架，以方便运输和井下安装为原则，在实施过程中进行安装，安装难度较大。

4 实施效果

在绿水洞煤矿3122 综采工作面3122 机巷顺利完成工业性试验，成功实现沿空留巷。

5 结语

绿水洞煤矿首次在大采高、急倾斜、中厚煤层条件下实施沿空留巷，通过大胆尝试取得成功，为类似条件矿井采面实施沿空留巷提供了技术指导，为后续沿空留巷技术推广提供了参考和思路。矿井实施沿空留巷后大大缓解了接替紧张局面，结合矿井实际情况设计使用护巷支架，确保沿空留巷进度与采面回采进度匹配。本文提出阶梯式护巷支架理念和工艺，设计了一种用于大倾角中厚煤层沿空留巷配套装置，为后续沿空留巷技术深入推广打下坚实基础。