15103工作面运输巷沿空留巷技术研究

张林峰

（山西煤炭运销集团店上煤业有限公司,山西 高平 046700）

1 工作面概况

15103 工作面是店上煤业一采区回采工作面，地面标高861m，井下标高690~750m。该工作面西部为井田边界，东部紧邻一采区轨道下山，可采走向长度为805m，可采倾斜长度为130.5m。工作面位置示意图如图1所示，煤层顶底板情况见表1所示。

2 充填设计

2.1 充填体位置确定

15103工作面运输巷充填体完全放在采空区内，如图2 所示。

图1 工作面平面示意图

表1 煤层顶底板情况表

图2 充填体位置图

2.2 充填材料

（1）充填采用高水胶结材料，充填体浓度64%，单位立方米用量：高水胶结材料1000kg，用水量560L。

（2）试块的单向抗压强度见表2。

表2 试块单向抗压强度（MPa）

2.3 充填系统

（1）充填泵站

充填泵选用KFYY-25 型煤矿用注浆泵1 台，搅拌桶（直径1.2m，高度1.4m，体积1.5m3）2 个，供液管路选用Φ89mm 的无缝钢管1 路，总计约800m。注浆泵主要技术参数：最大流量25m3/h，输入功率22kW。

泵站管理方法：

① 充填泵站用一趟Φ108mm（4 寸）的PVC管供水，供水能力不小于50m3/h，确保充填工作连续进行。

② 泵站与充填点间使用电话联系。

（2）充填管路

充填管路用Φ76×8mm 的无缝钢管。

2.4 充填体稳定性控制措施

在每个充填体上下布置2 排共4 个锚栓（Φ18×3400mm 的螺纹钢制成）。即：上排锚栓在巷道侧距顶板300mm，下排锚栓距底板高度300mm，锚栓间距约900mm，上下锚栓用钢带（长× 宽 × 厚=1200mm×275mm×2.75mm） 连 接，钢带眼距900mm，活眼尺寸18×100mm。如图3所示。

图3 充填体锚栓与两侧钢带布置示意图

3 工业性试验

在15103 工作面运输巷沿空留巷过程中，为了进一步提高充填效率，充填开采过程中对工艺及设备使用进行了优化，主要进行了以下几个方面的改进：

（1）搅拌桶的改进

试验过程中发现搅拌桶的容积较小，充填所需时间较长，为此将原桶进行了升级改造。在搅拌桶高度不变的情况下，将桶径由原来的1m 改为1.5m，容积由原来的1m3增为2.5m3，搅拌桶个数由原来4个小桶增加至2 个大桶，有效增大一次搅拌量，缩短了充填时间。

（2）充填硐室改造

试验过程中还发现原搅拌桶安装在硐室底板水平面上，进料口高，上料时需经平台二次转料，上料较为困难，且产尘量大。为此，对搅拌桶安设位置进行了改造。撤除了上料平台，对安装搅拌桶处的巷道进行卧底，卧底深度1.0m，卧底后将搅拌桶安装在池内，仅使上料口露在巷道底板以上0.5m，上料高度由原来的1.4m 降至0.5m，减轻了职工上料时的劳动强度。同时对上料口进行了封闭，减小了产尘量。

（3）充填垛体内增设注浆钢管

借鉴建筑大楼柱式支撑原理，后期在每一充填垛体内放置2 棵6 寸钢管，钢管内充填浆料，下面找到硬底，上面接实顶板，用于增强垛体支护强度，充填垛体宽度由2.5m 缩减至1.5m，效果较好。

（4）施工工艺

按照设计方案，在采煤班完成采煤之后，充填班要按照设计规范，首先对上一次充填体的支护进行撤出。按照顺序依次拆除上一个充填体的支柱及模板。然后按照规范要求，对即将进行充填的空间进行支护，支护要满足强度要求，同时计算充填空间的大小，要保证顶底板平整，没有尖锐的突起物，在安装好的充填空间内安装充填袋。在充填现场工作完成之后，通知充填泵站进行材料输送。

在工业试验过程中，充填体固化时间短，抗压强度高，有效地支撑顶板。同时，在固化过程中，料浆伴有5%~10%的体积膨胀，使充填体胶凝固后能够较好地接顶，接顶率达到98%以上，克服了传统沿空留巷充填过程中因顶板条件限制、充填材料固化收缩造成的接顶效果差的问题。

4 效果分析

4.1 现场实施效果

根据监测数据，得出图4 中的1 月7 日安装的充填体应力测点的平均数值。从15103 工作面沿空留巷矿压观测充填体应力曲线图可以看出，充填体受到应力高峰值7.6MPa，该数值是在充填体钻孔应力计安装13d 后出现，此时距离工作面大约39m。之后，充填体压力逐渐降低并保持稳定。在充填体来压至最高值7.6MPa，该充填材料的充填体强度在7d 时抗压强度为7.26MPa，13d 时抗压强度远远超过7.6MPa，充填体有足够的强度支撑顶板来压。从现场情况可以看到，充填体基本没有变化，能够很好地支撑顶板。

图4 沿空留巷矿压观测充填体应力曲线图

从图4 可以看出，巷道内的顶板压力1#支柱为靠近充填体一侧的，支柱压力在上升至35MPa 后，基本上保持稳定；2#支柱显示应力即煤体一侧的应力数值一直缓慢上升。从整体上看，充填体距离15103 工作面39m 时承受来压最大值为7.6MPa，充填体整体保持完整，只有个别充填体在巷道沿空留巷过程中表面出现10~30cm 的凸起，经观察没有影响到充填强度对顶板的支撑。

整个充填流程一般用工20 人左右，其中拌料8人，泵站司机2 人，旧模板拆除、新模板支设8 人，跟班协调1 人。充填班安排工作时间为7h。充填24h 后即可拆除模板，强度可达到1.3~1.7MPa，2d可达到2.3~2.7MPa，3d 可达到3.8MPa，4d 可达到5MPa，8d 可达到8MPa，10d 可达到10MPa 以上，28d 可达到20MPa 以上。复用此巷时，稍作卧低修复即可，能节省大量工时和材料投入。

4.2 经济效益

（1）沿空留巷充填费用

① 充填系统费用：煤矿用液压注浆泵2 台、煤矿用搅拌机2 台、Φ76×8 输送管道700m、快速接头、高压闸阀6 个、充填软管4 根、72 块充填模板。以上设备总价90 万元。按照设备使用年限5 年，每年按照充填长度3000m 计算，核算充填增加成本60 元/m。

② 每推进1m 充填材料成本费：每米巷道充填材料投入为2400 元。

③ 充填袋费用：投入100 元/m。

④ 人工费：投入600 元/m。

⑤ 其他费用：包括设备维修费、电费、水费等，投入100 元/m。

（2）沿空留巷经济效益

① 按平均煤层厚度1.37m，煤柱宽度按最小5m 计算，容重1.3t/m3，每米回收煤炭8.9t/m，根据吨煤利润100 元计算，创造经济效益8.9×100 元/t（市场原煤单价）=890 元/m。

② 减少一条巷道的掘进费用，掘进费按5120元/m 计算。

上述取得经济效益总计：5120+890-3260=2900元/m。

留巷300m 的综合经济效益为：2900 元/m×300m=87 万元。

5 结 语

在15103 工作面运输巷进行沿空留巷充填试验，布置充填输送管路，优化充填工艺，支护工艺简单，减少了施工工序，降低了留巷成本，经济效果明显。