采煤工作面柔模混凝土沿空留巷实践

郭李刚

（山西高河能源有限公司，山西 长治 047100）

1 概况

高河煤矿主要开采煤层为3 号煤层，E1302 作业面属于3 号煤层开采过程中的首采作业面，长度230m，可开采长度1740m，3 号煤层平均厚度6.4m。E1302 采用综放开采工艺，开采高度3.5m，放煤高度2.9m。工作面巷道布置如图1 所示。

图1 E1302 作业面巷道布设示意图

3 号煤层伪顶为泥岩，厚度1.82~2.13m 之间，其中含有部分植物根部化石物质，岩体对应的普氏硬度值f=1.22。直接顶为泥质砂岩，厚度在6.87~7.85m 之间。基本顶为细粒砂岩，厚度在12.42~13.65m 之间。直接底为泥岩，厚度在2.96~3.05m 之间。基本底为砂质泥岩，厚度在8.37~8.94m 之间。

2 柔模混凝土沿空留巷支护

2.1 后续浇注区域支护设计

参考以往开采过程中相似煤层的实践经验，设定柔模混凝土沿空留巷后续需要浇注区域最大控顶距范围应当小于6m。设定当日检修班组完成一次柔模混凝土浇筑作业，若采煤面进度相对小的情况下，允许间隔1d 进行柔模混凝土浇筑，但应当保证控顶距小于6m。所使用的柔模混凝土模板大小为3m×1.2m×4.0m。浇筑过程中应用的混凝土标号值为C30。

在进行柔模混凝土结构浇注之后，其侧旁位置处对应支护墙体会出现一定横向变形，只有有效控制其变形，才能够使得支护墙体拥有相应的承载性能。在支护墙体之中设置相应的预置锚杆结构，在两端位置设置梯子梁、托盘以及螺母等，锚杆间排距具体大小为800×900mm，Ф22×1300mm，梯子梁Φ14-3-800-1600mm。在柔性模具预先留置孔洞之中设置锚杆，再套上梯子梁装置，最后把螺母上紧，确保所预置的锚杆外部漏出部分控制在10~40mm 范围之内。

2.2 临时加强支护设计

对超前工作面50m 范围区域以及滞后作业面位置150m 范围区域，通过采取单体液压支柱配合π型梁进行支护，棚间距0.8m，如图2 所示。

图2 沿空留巷整体支护结构图

3 柔模混凝土沿空留巷施工

3.1 柔模混凝土沿空留巷施工工序

柔模混凝土沿空留巷施工工艺最为核心的内容是混凝土的制备以及浇筑作业。通过二次拌制的方法完成混凝土材料制备以及浇筑。在井上完成拌制之后的物料经由矿车输送到换装站，然后再通过辅运设备输送到安装于工作面回风顺槽巷道之中的泵站，在泵站搅拌槽之中与适当比例的水混合搅拌之后，由泵送装置泵送至浇注位置，如图3 所示。

图3 柔模混凝土沿空留巷施工工艺流程示意图

3.2 柔模混凝土沿空留巷施工设备

KTRHZSJ-30 型柔模混凝土泵送设备包括井上配料装置、井上混合装置、井下混凝土拌制装置以及泵送装置等。装置现场示意图如图4 所示。

图4 井下柔模混凝土上料及拌制装置现场示意图

井下柔模混凝土制备装置以及泵送装置和工作面煤壁的距离为200m 左右，在工作面回风顺槽的外帮位置处，泵送管道直径5 寸，材质为钢质材料，每节泵送管道长度3m，保证管道按照直线方向连接，设备布设如图5 所示。

图5 设备布设示意图

4 应用效果

4.1 巷道位移监测结果分析

在超前井下作业面50m 位置设置相应的监测位置，对巷道顶底板位移情况以及两帮位移情况进行监测，测量所得具体数据如图6 所示。

图6 巷道位移实际监测数据统计分析

从图6 看出，在超前工作面30m 区域，围岩变形逐步开始发展；而在滞后作业面60m 区域围岩结构的活动相对强烈，但最大位移量均能够满足标准要求；在滞后作业面60m 之后的区域，围岩活动基本上趋于平稳。说明所采用的柔模混凝土沿空留巷支护工艺取得了良好的支护效果。

4.2 经济效益

柔模混凝土沿空留巷施工工艺在3 号煤层E1302 作业面进行工业试验，该作业面剩余开采长度540m，充填开采可以增加9.7 万t 的煤炭回收，经济效益2522 万元左右。

5 结语

高河煤矿3 号煤层E1302 工作面通过采用柔模混凝土沿空留巷施工工艺，将之前的“跳采”开采方式转变为连续作业，进一步提升煤炭开采作业的集中化程度。在实际开采中能够实现无煤柱开采，有效消除了煤柱带来的应力集中，为煤炭开采作业安全、高效进行提供了可靠保障。