沙曲矿高瓦斯厚煤层沿空留巷技术优化与应用

武金福

(华晋焦煤集团 沙曲矿,山西 柳林 033300)

·技术经验·

沙曲矿高瓦斯厚煤层沿空留巷技术优化与应用

武金福

(华晋焦煤集团 沙曲矿,山西 柳林 033300)

华晋焦煤沙区矿为高瓦斯突出矿井，24207胶带巷以及24208胶带巷存在沿空留巷断面不足，通风阻力增大等问题。提出对24306工作面从留巷墙体宽度、留巷工艺、巷道补强支护等方面进行沿空留巷技术优化，提高了留巷速度，并大幅降低了留巷成本；减小了巷道掘进量；缓解了生产衔接紧张的问题；回收了保护煤柱，提高了资源采出率。

高瓦斯；厚煤层；沿空留巷

华晋焦煤沙曲矿为高瓦斯突出矿井，为治理瓦斯，提高资源回采率，该矿引进了沿空留巷“Y”型通风无煤柱开采技术。针对24207胶带巷3.5 m宽墙体机械模板沿空留巷技术的缺陷，以及24208胶带巷1.0 m宽墙体锚柱网铸混凝土沿空留巷技术存在的切顶锚柱承载载荷不足,导致墙体留巷侧顶板下沉量较大,造成沿空留巷断面不足,通风阻力增大等问题。有必要从留巷墙体宽度、留巷工艺、巷道补强支护等方面进行优化设计，以充分发挥沿空留巷的特点，降低留巷成本，提高资源采出率。

1 工作面概况

沙曲矿24306工作面位于矿井北翼三采区，沿煤层倾向布置，3+4#煤层合并开采。开采煤层厚度为3.5～4.3 m，平均厚度4.2 m. 煤层直接顶为泥岩，厚度为4.9 m；基本顶为中砂岩，厚度为6.0 m；直接底为1.2 m厚的中砂岩；基本底为1.6 m厚的粒砂岩。预计24306工作面在回采期间绝对瓦斯涌出量将达到20～25 m3/min.

2 留巷墙体宽度优化

2.1 沿空留巷支护体宽度计算

沿空留巷支护体中的载荷可由式(1)计算：

(1)

式中：

q—充填体载荷,t/m2；

bB—充填体内侧到煤壁的距离,m；

x—充填体宽，m，取2.0；

bc—充填体外侧悬顶距,m；

γs—岩石平均容重，t/m3，取2.5；

h—煤层平均采厚，m，取4.2；

c/—剪切角，(°)，根据冒落带高度取26.

经计算，q值约为363.6 t/m2，则静阻力载荷约为3.64 MPa. 考虑到基本顶来压时下位岩层及充填体的动载系数为静载系数的2～6倍，即7.28～21.84 MPa，而根据充填材料的强度试验，其最大承载极限可达到30 MPa以上，则墙体宽度定为2.0 m，可满足强度要求。

2.2 工程类比

根据类比认为，沿空留巷充填墙体宽度的变化对巷道围岩的应力分布与形变有较为明显的影响，随着墙体宽度的增加，巷道围岩应力与变形均有所改善。同时，墙体宽度应存在一个最优值，当宽度小于最优值时，墙体宽度的增加可明显改善巷道围岩的应力与变形，而当墙体宽度大于最优值时，这种仅靠增加墙体宽度而使巷道维护状况得到改善的作用便不再明显。根据24207、24208工作面工程类比结果的各种分析，可以确定墙体宽度的最优值应为1.5～3.0 m.

2.3 墙体宽度的确定

根据沿空留巷支护体的工作阻力载荷计算、工程类比结果、矿井已留巷工作面的实际工程经验，墙体宽度确定为2.0 m，可满足留巷需要。

3 沿空留巷技术优化

3.1 工作面开缺口宽度及高度、支护方式的优化

为保证留巷宽度，给留巷立模留出安全作业空间，并降低充填墙体承载载荷，要求在回采前对24306轨道巷回采侧煤壁进行开缺口(扩帮)处理，扩帮采用打眼放炮的方式。开缺口超前工作面3～5 m，墙体宽度2.0 m，因原巷道宽度为4.6 m，留巷设计宽度为4.0 m，巷内留墙0.6 m，考虑采空区侧回撤护墙单体液压支柱所需空间，故确定开缺口宽度为2.7 m，高度根据打设锚杆作业要求确定为2.6 m. 为有效解决采空区切顶问题，在靠近采空侧全部打设一排切顶锚索；为减轻充填墙体自身承载载荷，在墙体上方打设一排减压锚索。具体支护方式：顶板采用d21.8 mm×6 250 mm钢绞线锚索、d22 mm×2 400 mm螺纹钢锚杆配合2.7 m长四眼“W”钢带及5 m×1.0 m菱形金属网联合支护，见图1.

图1 24306工作面开缺口段顶板支护示意图

3.2 柔模袋拉筋孔优化设计

针对布筋稳固墙体要求，消除柔模袋充填受浆体挤压出现外鼓等问题，优化设计柔模袋采用长为2.4 m、3.0 m、3.6 m,宽2.0 m×高4.5 m三种规格柔模袋。具体见图2.

图2 24306工作面柔模袋设计图

3.3 立模及充填工艺优化

1) 打设档杆单体液压支柱，隔离安全作业空间。

随工作面回采的推进，在采空侧，即开缺口顶板支护切顶锚索之间，以间距1 000 mm打设一排挡矸单体液压支柱，单体液压支柱打在经纬网上，保证采空区冒落的矸石有效地控制在单体液压支柱与挡矸网之外，隔离出安全作业空间。

2) 柔模袋内布筋，加强墙体稳定性。

柔模袋挂设完成后，在隔离墙体使用回收的圆钢钢带配合圆钢拉筋进行加固，4眼圆钢钢带长度为2.7 m，垂直顶底布置，拉筋规格为d18 mm×2 200 mm，拉筋间距0.8 m，排距0.6 m，最上一排拉筋距顶板1.1 m，最下一排拉筋距底板0.7 m. 在隔离墙内侧(采空侧)、外侧(留巷侧)及采面侧单体液压支柱内侧挂设钢筋网片(0.9 m×1.7 m)，用回收的规格为150 mm×150 mm×12 mm的铁垫片与圆钢钢带固定在柔模袋外侧。在墙体充填过程中利用圆钢钢带、拉筋、钢筋网使得柔模袋整体形成了钢筋骨架，提升了整体的刚度及承载能力，可承受因混凝土充填期间产生的侧向推力，且增加了墙体的强度与稳定性。这种技术解决了之前24208工作面仅依靠单体液压支柱充填受力损坏的问题，而且单体液压支柱布置于钢筋网外侧，可实现全部回收，见图3.

图3 24306轨道巷隔离墙布置图

3.4 轨道巷补强支护技术优化

轨道巷顶板补强支护在原有全锚杆支护的W钢带的二、三眼位及四、五眼位中间紧压钢带补打单锚索。锚索规格为d21.8 mm×6 250 mm，锚索间距为1 600 mm，排距为1 800 mm. 轨道巷煤柱帮补强支护布置在原巷道支护的钢带排与排之间，采用钢绞线锚索、W钢带联合支护方式，3眼W钢带的规格为2 100 mm×250 mm×3 mm，眼距为800 mm；锚索规格为d17.8 mm×4 250 mm. 以上补强支护实施100 m后，根据矿压显现情况，后期取消了补强支护，巷道两帮的最大收敛值仅为50 mm，顶板的下沉量最大为110 mm，留巷超过工作面100 m之后，巷道顶板下沉及两帮收敛处于稳定状态，顺槽控制围岩效果良好。

4 经济、社会效益分析

24306轨道巷沿空留巷墙体宽度减少1.5 m，减少充填直接材料费用5 816.7元/m，按照回采推进1 400 m计算，节省费用814.3万元。补强支护优化后，节省锚杆、钢带、锚索、菱形网等支护材料费用1 382.5元/m，可节省费用186.6万元。沿空留巷采空侧单体液压支柱回收率可达50%以上，节省费用224万元。

沙曲矿高瓦斯厚煤层工作面沿空留巷技术优化研究，从留巷墙体宽度、留巷工艺、巷道补强支护等方面进行技术优化，充分提高了留巷速度，并大幅降低了留巷成本。留巷内围岩稳定，墙体无变形，保护煤柱可回收，最大限度地开采了煤炭资源，为沿空留巷技术的大面积推广打下了坚实的基础。

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Optimization and Application of Gob-side Entry Retaining Technology in High Gas Thick Coal Seam in Shaqu Coal Mine

WU Jinfu

Being a coal mine with potential gas outburst, problems of too small section and too big ventilation resistance troubles Shaqu coalmine in the No.24207 and No.24208 belt conveyor roadway which adopted the gob-side entry retaining technique. The paper proposed measures to optimize the technology of gob-side entry retaining by selecting the right process, by determining the best width of the retaining wall, by further reinforcement of the roadway. The optimization is of significance in speeding up the engineering, in reducing the cost of the roadway, in improving the recovery of protective pillar, it is also conducive for the tension relief in production linkage.

High gas; Thick coal seam; Gob-side entry retaining

2016-11-23

武金福(1964—)，男，山西太原人，1985年毕业于大同煤炭学校，工程师，主要从事煤矿采掘技术工作

(E-mail)sqsjklb@163.com

TD353

B

1672-0652(2017)01-0014-03