沿空留巷技术在曹庄煤矿的试验应用

徐延帅，孟天祥，孙久庆

（山东能源肥矿集团 曹庄煤矿，山东 肥城271600）

9500采区是曹庄煤矿的一个重点采区，工作面沿煤层走向布置，走向长度600m，以往上下两个工作面需要留设10m煤柱，煤炭资源丢失严重，沿空留巷技术的应用降低了巷道掘进成本，缓解了采场接续，实现了无煤柱开采，提高了煤炭回收率。

1 9503工作面概况

9503为走向长壁工作面，井下位于东三采区9煤层东翼第二区段，东至F30断层煤柱；西至9500轨道上山；南至9501工作面（已回采完毕）；北至尚未掘进的9505工作面。上覆八煤层8505工作面已回采，下伏十煤层尚未掘进，本面9煤两极厚1.20～1.47m，平均厚1.34m，f＝1.5，局部含一薄层炭质粉砂岩夹石，厚0～0.10m，f＝4，属简单结构、稳定的中厚煤层。直接顶为粉砂岩，厚11.02m，深灰色，质细、性脆，节理发育，下部含菱铁质结核及植物化石，局部为泥灰岩，厚0～1.25m，致密坚硬，f＝3～4；伪顶为炭质页岩，厚0.10m，深灰色，页理发育，强度低，f＝2；直接底为粉砂岩，厚0.54m，深灰色，质细、性脆，节理发育，含植物化石，f＝3～4。该面煤层倾向N31°W～N65°W，走向变化不大。煤层倾角为6°～14°，平均10°。工作面两巷顶板支护：采用金属锚杆挂冷拔钢丝网、钢筋梯作永久支护。本面采用综合机械化采煤工艺。工作面采煤工艺：割煤→移架→推移刮板输送机。设备配置：MG132／310－BW型双滚筒采煤机、SGZ－630／220型中双链可弯曲刮板输送机、ZY3000／08／18型液压支架 。

2 沿空留巷工艺流程及施工方法

2.1 超前支护打锚索

超前工作面30m运中巷使用锚索加强进行支护，第一纵锚索距巷道上帮0.4m，间距1.8m，每排一根，第二纵锚索距巷道上帮1.6m，间距3.0m，每排一根，锚索间距1.8m，每排一根，锚索采用Φ15.24mm、L＝6m的钢绞线配合锁头、托盘制作；锚索外露长度为0.15～0.35m；每孔使用4块Φ25mm、L＝350mm的树脂锚固剂固定，锚固力不小于200kN／根（60MPa）、预紧力不小于98kN／根（30MPa）；托盘用长×宽×厚＝300mm×300mm×20 mm的钢板制作，并在上面钻一个直径为18mm的圆孔。

2.2 工作面超前锚网支护支撑顶板

采煤机割煤完毕移架前在面前顶板锚网支护4排与切眼锚杆支护压接。锚网支护排距0.8m，株距0.9m，锚杆采用Φ18mm×1800mm的等强度无纵筋螺纹钢锚杆，间排距800mm×900mm，每根锚杆采用3卷树脂锚固剂锚固，锚杆眼角度垂直于顶板，锚固长度1050mm；锚固力不小于64kN／根（合35MPa），扭紧力矩不小于300N·m。锚杆外露螺母部分为10～40mm。锚杆要横向成排，竖向成线。锚杆打注后顶板要及时挂冷拔丝网加钢筋梯，并压茬联结，压茬长度不小于80mm，并用14＃铁丝联结，相邻两联结点距离不大于200mm。

2.3 架后支设液压支柱配合金属铰接顶梁支护顶板

拉架前，用厚100mm×宽200mm×长2600mm板梁背顶，板梁排距0.6m，板梁必须采用优质木材，拉架后板梁可回收到架前复用。为防止板梁在移架时滑动滚动不稳固，采用14＃铁丝将板梁捆绑在顶板上，捆绑不少于3个点，捆绑在贴近锚杆的顶板网上。拉架后，及时撤掉顶板背顶板梁，拉架够1.0m及时由下而上引挂顶梁支设支柱支撑顶板。采用正悬臂齐梁直线柱支设，支柱必须迎山有力，初撑力达到90kN以上，支柱必须垫铁鞋，铁鞋规格为Φ380mm。最上一排顶梁下支设密集柱，柱距0.5m，支柱以上必须设置挡矸网进行挡矸，防止老空区喷矸进入工作区，贴近老空区必须有不少于2棵趄柱，支柱必须全部拴防倒绳防倒。

2.4 垒砌矸石袋支护顶板

距运中巷上帮以上1.2m开始垒设矸石袋进行支护，矸石袋垒设成梯形，下帮竖直支撑顶底板，上帮垂直支撑顶底板，顶板接顶部分宽度不少于1.5m。垒设的矸石袋必须采用两横两竖的花墙体摆放，保证矸石袋垒设牢固可靠，矸石袋支撑部分的支柱顶梁支护及时回撤。

2.5 在矸石袋及液压支柱的保护下支设模板拌料充填

矸石袋滞后下端头支架掩护梁最大距离4m，最小距离2.0m。混凝土墙滞后矸石袋最大距离4m，最小距离2.0m，每隔2.0m进行一次支设模板混凝土墙的浇筑工作。混凝土墙最大控顶距13m，最小控顶距9m，混凝土墙支设前必须检查矸石袋牢固情况，确认安全后进行支设模板工作，模板采用长×宽＝2m×0.5m的木板，运中巷上帮模板外侧支设一排密集支柱进行支撑挡浆，柱距0.6 m。模板上均匀布置3排锚杆作为浇筑配筋，顶板以下0.5m布置一根，底板以上0.3m布置一根，中间一根锚杆均匀布置于前两根锚杆之间，排距0.8m，锚杆长度不低于1.2m，采用直径18mm螺纹钢锚杆。浇筑混凝土墙体采用水泥、沙、石子作为骨料。所用水泥为425＃普通硅酸盐水泥，砂为纯净的河砂，石子粒直径小于20mm，将粒径大于15mm的石子控制在20%以下，石子过筛，并用水冲洗干净。混凝土配合比为水泥：砂：石子＝1∶2∶2，速凝剂型号为J85型，掺入量一般为水泥重量的2%～3.5%，速凝剂必须在注浆机上料口均匀加入。注浆过程中必须用振捣棒进行捣实，防止浇注体蜂窝麻面，造成浇注体强度下降，浇注体必须接实顶板，不留死角。

2.6 充填体养护及拆模

浇筑完成后7天可拆除模板，模板拆除后浇筑体洒水养护时间不低于28天，7天前每班1次，7天后每天1次。

图1 9503工作面运中巷（9505风道）沿空留巷支护平面

图2 9503运中巷巷道原支护断面

图3 9503工作面运中巷（9505风道）沿空留巷支护断面

3 沿空留巷施工注意事项

3.1 灌浆注意事项

① 支设模板前必须清理好浮煤浮矸，底板全部露出硬底后进行施工；② 支设模板施工必须先布设好锚杆，按规定距离布设；③ 搅拌输送：检查确定混凝土喷浆机工作状况正常，管路畅通后，即可进行材料的搅拌输送。进料要均匀连续，要严格按照配合比及水灰比施工。掌握设备的工作压力，防止管路堵塞；④ 充填施工前必须先检查配料是否合格，调定好风压及供水器大小，严禁边拌料边上料，必须在施工前将全部用料搅拌好后进行一次性充填，尽量一次性充填完一个模板。充填料必须充填全面，不留死角，充填时用振捣棒捣实，充填体接实顶板；⑤ 施工完毕清理干净灌浆机器，清理干净出料管路，将喷浆机及管路全部移至安全地点，以备下次使用；⑥ 开启喷浆机时必须先给水，后开风，再开机，最后上料；停机时，要先停料，后停机，再关水，最后停风。喷射工作开始后，严禁将喷射枪头对准人员，喷射中突然发生堵塞故障时，喷射手应紧握喷头并将喷口朝下；⑦ 充填时打开风水射流器，打开净化水幕对巷道进行防尘，净化水幕喷头全部迎风安装。

3.2 留巷段支护注意事项

在留巷段支设3排单体液压支柱支护，上排支柱距离充填墙不大于0.5m，上排支柱距离上帮不大于1m，中间2排支柱距离保证人行道宽度不小于1.5m，靠上帮一排支柱距工作面下端头支架距离不大于0.5m。沿空留巷支柱滞后工作面不少于150m，根据巷道压力情况进行回撤，顶板破碎压力较大处严禁回撤。在推采过程中，要及时整改歪斜的支柱，执行好先支后改的操作顺序，确保支柱一条线。

3.3 回撤沿空留巷支柱注意事项

（1）回撤时不少于2人一组，配齐下述工具：专用水平销、注液枪、锤（锤把长度不小于1.0m）、镐、钎子（长度不小于1.2m）、卸荷手把（绳长不少于2.0m）、长把工具（长度不小于1.5m），确保工具完好。

（2）回撤前要先检查充填墙及顶板煤壁情况，把松动墙皮及悬矸危岩用锤或长把工具敲落，防止墙体片帮砸伤和顶板来压伤人，严格执行敲帮问顶制度，顶板压力大、破碎的地方和墙体断裂严重地段不再回撤，确保施工地点的支柱初撑力达到合格，及时更换卸荷或损坏支柱，确保施工地点的安全。

（3）回撤沿空留巷段支柱时，按照由里向外的顺序进行回撤。①施工人员站在回撤柱以外并在有效支护下施工，监护人照明监护，站立在回柱人员后方人行道内；② 施工人员先在回撤的支柱顶梁上插上水平销，水平销小头朝人行道，再用卸荷手把（长度不低于1.0m）卸荷单体，用锤砸掉水平销，再打掉顶梁圆销，使顶梁掉在地上，最后用不低于1.5m的长把工具勾出顶梁、支柱、铁鞋；③ 施工人员始终站在有效支护下，施工时要侧对撤除的支柱并保持退路畅通，其他作业人员及时把柱子铁鞋顶梁拉出，施工人员按此顺序依次回撤；④ 为不影响现场施工，卸除的顶梁、支柱、铁鞋及时外运。回撤出来的支柱和顶梁及铁鞋及时外运，码放指定地点，清理好退路。外运支柱时，人员要顺肩抬运，步调一致；抬放支柱时，要轻拿轻放，严禁抛扔。

4 结语

采用沿空留巷技术，少掘一条巷道，减少了施工量，缩短了工作面准备时间，有效解决了薄煤层采掘平衡失调的矛盾，而且能大幅度地提高矿井资源回收率，延长了矿井服务年限，是矿井安全生产和改善矿井技术经济效果的一项先进的开采工艺，具有深远的经济和社会效益。

〔1〕宋振骐 .实用矿山压力控制 .徐州：中国矿业大学出版社，1988.

〔2〕谭云亮，吴士良，宁建国 .矿山压力与岩层控制 .北京：煤炭工业出版社，2008.

〔3〕蒋金泉，谭云亮 .矿山压力监测与预报 .北京：煤炭工业出版社，1996.

〔4〕钱鸣高，石五平 .矿山压力与岩层控制〔M〕.徐州：中国矿业大学出版社，2003，11.

〔5〕安徽理工大学 .困难条件下锚网索支护巷道沿空留巷围岩控制机理及应用研究报告〔R〕.淮南：安徽理工大学，2004，6.