10414 工作面沿空留巷充填液压支架设计实践

吕 龙

（安徽省矿业机电装备有限责任公司，安徽 淮北 235000）

淮北矿业集团杨柳煤矿10414 工作面地质条件复杂，沿空留巷技术成功应用案例较少，针对这一情况，安徽省矿业机电装备有限责任公司受邀承担该煤矿10414 工作面沿空留巷充填液压支架的设计与研究工作[1-6]。

1 工程概况

杨柳煤矿位于安徽省淮北市孙疃镇杨柳村，为淮北矿业集团生产型矿井，矿井南北走向长9 km，东西走向宽3.2～9 km，矿井可采储量140 Mt，主采10#煤层，为高瓦斯突出矿井，设计产能1.8 Mt/a。10414工作面位于104 采区东翼，埋深485 m，工作面走向长2100 m，倾斜长180 m；煤层厚度为1.95～4.25 m，平均厚度为2.93 m；工作面倾角1°～7°，平均倾角4°。直接顶是厚度为5.77 m 的灰黑色砂质泥岩及泥岩，植物化石发育；基本顶是厚度为2.59 m 的中粒粉砂岩，灰黑色，中厚层状，均匀层理；直接底是厚度为3.01 m 的砂质泥岩和泥岩；老底是厚度为4.02 m 的深灰色中粒细砂岩，含浅白色团块状结核，平均厚度3. 94 m。

10414 工作面进风巷断面为矩形，掘进宽度为5200 mm，掘进高度为3000 mm，锚网索联合支护。10414 工作面进风巷断面为矩形，掘进宽度为4800 mm，掘进高度为3000 mm，锚网索联合支护。根据煤层赋存条件，10414 工作面采用单一倾斜长壁后退式综合机械化充填开采的采煤方法。

10414 工作面埋深大、为高瓦斯突出矿井、松软破碎顶底板，因此工作面沿空留巷的技术难度非常大，必须制定针对性的措施。

2 沿空留巷支护系统及关键技术分析

2.1 沿空留巷的影响因素分析

（1）沿空留巷的施工情况受埋深和煤层厚度的影响。10414 工作面埋深为485 m，开采的10#煤平均煤厚为2.93 m，为大埋深中厚煤层巷道，沿空留巷的施工作业较容易，施工成本合理，效果易保证。

（2）沿空留巷的成功与否受直接顶厚度及其岩性的影响。10414 工作面直接顶厚度为5.77 m，直接顶厚度较小，垮落时容易造成上覆岩层破断，巷道围岩及充填墙体变形情况无法控制，变形量会较大，必须在留巷过程中进行严格控制。基于10414工作面直接顶岩性的砂质泥岩及泥岩特性，针对性地对巷道进行补强措施。

（3）沿空留巷的成功与否受工作面倾角的影响。10414 工作面平均倾角4°，这对沿空留巷工艺的实施没有影响，但是采空区冒落矸石易飞溅到充填支架，必须制定相应的防范措施。

2.2 沿空留巷支护系统

10414 工作面沿空留巷支护系统如图1，主要包括巷内支护、巷旁支护、待充填区域支护、采空区支护和其他辅助设施。

图1 10414 工作面沿空留巷支护系统构成示意图

2.3 巷道补强支护

10414 工作面回风巷在掘进前没有考虑到沿空留巷问题，两帮为点锚杆支护，强度低，巷道两帮底鼓无法有效控制，变形量会较大，必须对巷道两帮和顶底板进行补强支护，实现对巷道围岩变形的有效控制，实现留巷复用。

补强支护措施：顶板每隔2 排锚杆打1 根Φ21.6 mm×6300 mm 锚索钢绞线。两帮为锚杆+锚索加强支护，距底板超过 300 mm 时补打1 根Φ20 mm×2400 mm 锚杆，配合Φ16 mm 圆钢焊制的钢筋梯子梁，长度4800 mm；两帮每隔2 排锚杆打1 排2 根Φ21.6 mm×6300 mm 锚索钢绞线。煤柱侧补打1 根Φ21.6 mm×5200 mm 锚索钢绞线，实体煤侧补打1 根Φ21.6 mm×4200 mm 锚索钢绞线，配合Φ16 mm 圆钢焊制的钢筋梯子梁，长度4800 mm。

2.4 充填墙体构筑

基于10414 工作面地质实况，沿空留巷充填材料选择高水速凝固化充填材料，具有支护强度高、速凝早强、密闭性好的特点。

经计算，10414 工作面沿空留巷充填体宽度确定为1.61 m，但是基于回风巷顶板岩层的实况，确定沿空留巷充填体宽度为2.0 m，充填体高度为3 m。同时采用对拉锚杆+钢带对充填墙体进行加固，对拉锚杆选用Φ21.6 mm+335 MPa 螺纹钢两端滚丝100 mm。

2.5 充填液压支架及支护系统设计

10414 工作面回风端头沿空留巷充填液压支架组进行支护。主要包括有：过渡支架选用ZCG7600/20/40D 支撑式膏体充填液压支架，有挡矸支架A 为ZCG7600/20/40AD 型支架，有挡矸支架B 为ZCG7600/20/40BD 型支架。该充填液压支架组合支护强度高，可以实现自行前移，并能对采空区矸石进行隔离，安全性较高。

2.5.1 充填液压支架空间布置

10414 工作面沿空留巷充填支架设备布置情况如图2。由图2 可知，机尾1～5 架布置为充填过渡支架，从机尾第6 架起布置中部支架；挡矸支架A布置在充填墙体下侧，挡矸支架B 布置在充填采空区下侧；挡矸支架B 跟随前部充填过渡支架进行实时的同步移动，而挡矸支架A 需要等待充填墙体施工且完全凝固后才能够进行移动。

图2 沿空留巷充填支架设备布置示意图（mm）

2.5.2 充填液压支架技术参数

10414 工作面沿空留巷充填过渡支架和中部支架均选用ZCG7600/20/40D 支撑式膏体充填液压支架，技术参数：工作阻力为7600 kN，高度2.0～4.0 m，中心距1.5 m，支护强度为0.94 MPa。

充填过渡支架和中部支架均采用整体顶梁+伸缩梁+一级护帮的形式，并设置有可翻转护帮板，如图3 所示。翻转护板中间设置有600 mm×450 mm 大小的孔，相邻护板间距450 mm。该设计可以保证锚杆和锚索施工作业的安全性，同时便于实现架前铺网施工作业。

图3 可翻转护板结构示意图（mm）

挡矸支架A 和挡矸支架B 的技术参数与ZCG7600/20/40D 液压支架技术参数基本一致。

2.5.3 充填工艺

10414 工作面沿空留巷充填工艺为：采煤机割煤→推溜→机尾第2～3 架前铺设柔性顶网→拉架→机尾第1 架后，打单体；第2～3 架后打锚杆+锚索→充填→采煤机割煤。

3 效果分析

3.1 试验效果分析

（1）10414 工作面沿空留巷液压支架与巷旁充填墙体宽度设计较为合理，巷旁充填墙体强度与沿空留巷液压支架可较好地实现匹配，巷旁充填墙体强度能够承受初次来压和周期来压强度。矿压观测数据表明：巷道顶底板最大移近量为160 mm，巷道两帮最大移近量为128 mm，巷道顶底板及两帮变形量小，巷道围岩变形控制较好，留巷效果理想。

（2）10414 工作面“Y”型通风系统的应用，有效地消除和解决了10414 工作面上隅角及回风流中瓦斯超限的安全隐患；“Y”型通风系统的设计还使得10414 工作面不需要设计瓦斯抽采巷，大幅度降低了工作面掘进作业工程量，经济效益显著。

（3）10414 工作面沿空留巷技术的设计，实现了工作面无煤柱开采，完全取消了区段煤柱的设计。10414 工作面煤炭资源的采出率从64.5%提高至84.6%，采出率提高了20.1%，节约了煤炭资源，经济效益显著。

3.2 充填液压支架使用分析

ZCG7600/20/40D 支撑式膏体充填液压支架的应用满足了10414 工作面沿空留巷工艺的要求，有效地减轻了工作人员的劳动强度，减少了液压支架岗位人员的数量，节约了人力成本，安全经济效益显著。

4 结语

淮北矿业集团杨柳煤矿10414 工作面地质条件复杂，主要表现为埋深较大、高瓦斯、破碎松软顶底板。针对复杂地质条件巷道的沿空留巷，进行了充填液压支架的设计与研究。从沿空留巷施工影响因素出发，设计了充填液压支架支护系统组成、空间布置情况。矿压观测数据表明：巷道顶底板最大移近量为160 mm，巷道两帮最大移近量为128 mm，巷道顶底板及两帮变形量小，巷道围岩变形控制较好，留巷效果理想。10414 工作面沿空留巷技术的成功应用，有效提高了该煤矿煤炭资源回收率，减少巷道掘进工程量，为复杂地质条件沿空留巷技术的应用提供了案例支持。