沿空留巷“Y”型通风煤与瓦斯共采技术

许 浩

（山西潞安矿业集团慈林山煤业有限公司夏店煤矿，山西 长治 046000）

0 引 言

对于开采吸附性强、瓦斯含量大煤层的高瓦斯或突出矿井而言，一般采用采用先抽后采、边采边抽的瓦斯治理措施，然而开采致密、裂隙不发育煤层时，采动之前难以抽采瓦斯，采前预抽及U型通风不能有效解决上隅角瓦斯积聚问题。潞安集团夏店煤矿为高瓦斯矿井，目前主采3号煤层。生产期间为了解决掘进和瓦斯问题，原回采工作面一直采用“两进两回”的“U+L”通风系统，巷道之间的煤柱宽度20m，多条巷道布置造成区段煤柱损失严重，采出率低，且煤与瓦斯突出煤层，掘进速度慢，采掘接替紧张。因此，以夏店煤矿3107工作面为工程背景，研究高水材料巷旁充填沿空留巷技术，对实现工作面“Y”型通风，避免上隅角瓦斯超限和采空区通风问题及保证矿井接替、降低开采成本等具有重要的意义。

1 工程概况

3107工作面回采3号煤层，煤层倾角平均为5°，煤层平均厚度为5.60m。煤层伪顶为厚为0.30m高岭石泥岩，直接顶为6.45m厚砂质泥岩，老顶为5.70m厚中粒砂岩，直接底为4.50m厚砂质泥岩，老底为18.95m中粒砂岩，局部含粉炭质条带，3117工作面布置图如图1。

图1 3117工作面布置

3117工作面回风巷道设计断面为宽×高（4.8m×3.0m），3117回风巷顶部支护形式锚网梁+锚索矩形断面支护，顶锚杆为直径22mm，长度2400mm左旋无纵筋（KMG500）让压锚杆；帮锚杆为直径20mm，长度2000mm等强锚杆，锚杆排距700mm；锚索为直径22mm，长度7.3m的低松弛钢绞线，锚索间距2m，排距2m。即锚索梁按照“3-0-3-0”方式施工，帮锚杆上钢筋钢带加挂金属网。巷道在没有经受工作面超前压力之前变形量较小，但随着时间的推移，巷道变形逐渐加大，导致部分区域巷道顶底板几近闭合，两帮移近量也非常大，因此，巷道在留巷之前需进行补强支护处理。

2 巷旁支护宽度的确定

根据3107工作面生产地质条件、邻近工作面开采情况、岩性和以往的岩层力学参数考虑，具体地质力学参数初步取值如下：煤层开采厚度为5m，工作面长度240m，周期来压步距20m，巷道最大埋深550m，基本顶平均厚度为2.5m，直接顶平均厚度5.66m，留巷后巷道宽度5.2m，充填体宽度2.0m，上覆岩层容重为25kN/m3，应力集中系数为2.0，基本顶岩层抗拉强度8MPa，侧压系数为0.4，煤层粘聚力为1.5MPa，内摩擦角25o，煤帮采用锚杆支护，其支护阻力按0.15MPa考虑，煤层倾角按平均4°考虑，利用上述参数计算回风巷充填体阻力。得到3117工作面回风巷充填体的切顶阻力为12.83MN/m。现场施工时，充填体平均强度按8MPa考虑，则所需的充填体宽度理论计算值为1.61m。根据3117工作面回风巷顶板岩层情况、公式计算和以往的工程实践，考虑安全系数、充填体完全置于采空区，当采高不超过3.0m时，初步设计确定巷旁支护体宽度为2.0m。

3 高水材料巷旁充填沿空留巷技术

3117工作面回风巷充填时间较紧，因此，不适合采用全袋式充填和混合式充填方法，经比较分析，最终确定采用分段阻隔注浆充填方法。综合考虑井下施工条件、工作面超前支承应力的作用效果、浆液固结强度及材料消耗等因素，确定充填材料的水灰比为4：1（初凝时间≤30min，充填体终强1.46MPa，7d强度为终强的90%），充填宽度为2.0m。

3.1 高水材料巷旁充填工艺

3117工作面回风巷充填基本工艺流程如图2所示。①砌筑止浆墙；②管路安放；③配料制浆。制浆以下几个步骤。加水：水灰比直接影响空巷充填材料的强度、凝结时间，现场施工时需严格按照设计要求加水。根据确定的水灰比4：1，向搅拌桶内加入750kg水。加料：加水后，向1#搅拌桶加入150kg甲料（3袋）、向3#搅拌桶加入150kg乙料（3袋）。当1#、3#搅拌桶给充填泵供料浆时，2#、4#搅拌桶加水、上料准备搅拌。搅拌：在添加空巷充填材料的同时，启动搅拌机，浆液搅拌均匀一般需要5min。④泵送充填；⑤带压充填。

图2 工作面巷旁充填工艺流程图

3.2 泵站准备

充填泵站要求有适当的操作和存料空间。现场施工时，合理的泵站设置有利于提高充填效率。泵站应尽可能固定于一个位置，减少泵站移动次数及辅助运输量。根据以上原则，建议将泵站布置在辅助进风顺槽内。具体要求如下：①配备1台双液充填泵，4台搅拌桶（甲料、乙料各配2台搅拌桶）、5个电磁启动器（泵1台，4台搅拌桶对应4台），搅拌桶附近布置料场。充填泵及搅拌机等设备水平摆放；②泵站堆料平台应能放置两天使用的注浆材料（约100t）；③泵站点设置3路供水管，其中2路直径为32mm，用于搅拌桶加水，供水能力不低于20m3/h，且有单独的控制开关，保证注浆工作连续进行。另1路用于注浆泵降温，管径19mm。靠近帮部挖掘沉淀池，规格500×500mm，沉淀池内的废水泵送至排水管内。

3.3 劳动组织

沿空留巷后工作面推进长度不会超过8m/d，一天充填两班，每次充填长度3m～4m，具体充填长度由工作面推进长度决定。充填作业安排见图3。

图3 充填作业图

4 加强支护技术设计

4.1 3117回风巷加强支护技术

由于留巷时间较长，为防止顶板离层，留巷断面收缩过大，将原有的“3-0-3-0”的锚索支护形式变成“3-1-3-1”的锚索支护形式，即在原施工的两排锚索中间再施工一排锚索梁（每排1根锚索），锚索直径22mm，长7.5m。每根锚索在钢带外再安装大托盘，预紧力不低于100kN。非采煤侧巷帮在帮角处距底板300mm处补打一根20×2400mm锚杆；在煤柱侧巷帮每2排锚杆补打一排锚索，每排2根，第一根距顶板800mm，仰角10°，第二根距顶板2200mm，锚索锚索直径22mm，长7.5m。回风巷加强支护见图4。

图4 回风巷加强支护示意图

4.2 充填区域上方顶板支护技术

为了保持充填区域范围内的顶板完整性，在充填区上方每割1刀煤补打1排800mm×800mm锚杆，每2排锚杆间加打2根直径φ21.6×6300mm锚索，锚索距巷中距离分别为为3500mm、4700mm，顶板锚杆规格为φ20mm×2400mm左旋无纵筋锚杆，支护布置见图5所示。

图5 充填区域上方顶板支护示意图

5 沿空留巷Y型通风方式

3117工作面回风巷采用沿空留巷后可实现Y型通风，由现在的进风巷作为主要新鲜风流进风、现在的回风巷作为配风巷进部分新鲜风，经工作面后的污风通过沿空留巷保留下来的巷道经联络巷与3117尾巷沟通，形成Y型通风系统，再辅以其它措施治理瓦斯，可以从根本上解决高瓦斯采煤工作面上隅角瓦斯积聚和超限的难题。

由于3117工作在底板较软，属软弱围岩，沿空留巷后，受侧向支承应力强烈作用，沿空留巷后底鼓量大，全长留巷通风可能保证不了通风断面。因此，决定采用的Y型通风方式为：离工作面后方最近的2个联络巷进行回风，即到下一个联络巷时，打开前一个联络巷、封闭最后边一个联络巷进行通风，如图6所示。

图6 全长留巷时Y型通风方式

6 矿压观测方案

为了观测3117回风巷支护参数的合理性，在巷道中每20～30m设一个测站进行观测，巷道表面收敛规律的测点布置一般采用十字布点法，观测结果如下图7所示。由图7可知：工作面后方0～120m，为留巷采动影响阶段，巷道顶底板累计变形量最大为484mm，且主要以顶板下沉为主，两帮累计最大变形量为401mm，以实体煤帮变形为主。工作面后方130～240m巷道断面累计变形量最大，平均宽度为3299mm，最大宽度为3714，最小宽度为3007mm，两帮移近量在600～1300mm，以实体煤变形为主；巷道平均高度2153mm，最大为2667mm（，最小高度为1847mm，为设计断面的65%，顶底板变形以顶板剧烈下沉为主，下沉量在300～500mm。由图7易知此阶段巷道断面收敛率远大于工作面后方240～280m的留巷变形稳定阶段，最终顶底板变形量保持在1.0-1.2m，能巷道在回采期间的通风要求。

图7 顶底板、两帮移近量与工作面距离关系图

7 结 论

1）根据3117工作面回风巷顶板岩层情况、公式计算和以往的工程实践，确定巷旁支护体宽度为2.0m。在工作面割煤后，先推刮板输送，再在端头铺设顶网，然后采用锚杆、锚索加固充填区域顶板，保持充填区域范围内的顶板完整性。

2）3117工作面回风巷采用沿空留巷后可实现Y型通风，辅以其它措施治理瓦斯，可以从根本上解决高瓦斯采煤工作面上隅角瓦斯积聚和超限的难题。

3）根据矿压观测结果：在工作面240-280m之间，巷道围岩移近量逐渐变缓，最终顶底板变形量保持在1.0-1.2m之间，基本满足巷道在回采期间的通风要求。