钱虹光

高瓦斯薄煤层沿空留巷Y型通风技术研究

钱虹光

(华晋焦煤有限责任公司沙曲矿，山西 柳林 033399)

为实现无煤柱开采，提高回采率，实现连续开采，从根本上解决上隅角瓦斯超限问题，针对沙曲矿北翼2#煤层瓦斯高煤层薄的地质状况，在2#煤层首采22201工作面进行了沿空留巷Y型通风技术研究。通过理论分析，确定了22201工作面的巷道布置、支护方式和通风方式，设计了沿空留巷充填系统，在22201工作面实现了沿空留巷Y型通风系统，也为其它类似条件下沿空留巷Y型通风的研究提供了借鉴。

高瓦斯;薄煤层;沿空留巷;Y型通风

沿空留巷无煤柱采煤技术是指随着采煤工作面回采的推进，在采空区的边缘通过构筑高强度的支撑墙体将回采巷道保留下来，形成沿采空区边缘的留巷巷道，作为工作面瓦斯卸压的空间，并可与采区的巷道构成Y型通风系统［1］。

沿空留巷Y型通风技术是矿井采掘规划与矿井采区开拓布局的革命。真正实现无煤柱开采，提高煤炭资源的回采率，实现煤炭资源的连续开采，可从根本上解决工作面上隅角瓦斯超限的问题。有利于解决采掘工作接替紧张，适应回采工作面快速推进的要求;改善目前沿空掘巷的巷道变形量大、支护困难的局面，有利于工作面安全高效生产，节约煤炭的回采储量［2－4］。

1 沿空留巷Y型通风技术研究

1.1 工程概况

华晋焦煤有限责任公司沙曲矿位于山西吕梁地区柳林县境内，全矿井绝对瓦斯涌出量 328.77 m3/min，相对瓦斯涌出量66.65 m3/t，属高瓦斯矿井，经煤炭科学研究总院抚顺研究院鉴定为煤与瓦斯突出矿井。

沙曲矿井田北翼2#煤层大部可采，22201工作面作为2#煤层首采工作面，工作面走向长1 493～1 515 m，倾向长150 m，可采范围内煤层厚度平均1.1 m，采用倾斜长壁后退式跟顶割底的综合机械化采煤方法，自然跨落法管理顶板。22201采煤工作面瓦斯的相对涌出量为39.50 m3/t，工作面的产量为1 500 t/d时绝对瓦斯涌出量为41.15 m3/min，煤层爆炸指数为27%～28%，有爆炸性。因此，为实现无煤柱开采，提高回采率，实现连续开采，从根本上解决上隅角瓦斯超限问题，有必要在22201工作面进行沿空留巷Y型通风技术研究。

1.2 沿空留巷Y型通风巷道布置

1)22201工作面巷道布置。

22201工作面采用沿空留巷、Y型通风方式。工作面回采时，22201机轨合一巷和22201辅助运输巷为进风巷，22202轨道巷为22201综采工作面总回风巷，22201机轨合一巷在22201工作面回采后通过沿空留巷的方式保留下来，22201工作面巷道布置图见图1。

沿空留巷Y型通风瓦斯综合治理措施的工作目标：Y型通风回风瓦斯浓度控制在0.8%以下，消除隅角瓦斯积聚等安全隐患，通过抽采本煤层及被保护层瓦斯实现安全开采。

2)沿空留巷工作面平面布置。

22201工作面机轨合一巷为沿空留巷巷道，锚梁网支护，在留巷期间采用补强进行顶板加固支护;矩形断面，机轨合一巷用于进风、运煤及运充填料，巷道具体参数见表1。

图1 22201工作面巷道布置示意图

表1 22201机轨合一巷巷道参数

留巷断面为矩形断面，锚、网、索、W钢带等充填墙体联合支护。留巷宽度初定为4.6 m。沿空留巷工作面平面布置见图2。

图2 沿空留巷工作面平面布置图

2 沿空留巷充填系统研究

2.1 沿空留巷充填工艺流程

移架→清理→立模支护→放置柔模袋→搅拌输送→充填清洗→拆除支护［5］。

2.2 沿空留巷充填施工主要设备

本次充填为中等以下充填量，充填泵充填量应大于15～20 m3/h。充填泵厂家为方圆集团淮南天祥机电设备公司生产的HBMD－40/10－110S矿用充填泵。其主要技术参数见表2。

2.3 充填管路布置及安设要求

1)HBMD－40/10－110S煤矿用混凝土泵输送管路采用无缝钢管输送混凝土。

表2 充填泵主要技术参数

2)输送管路可根据混凝土选择d125 mm。

3)输送管路连接方式：快换卡箍连接固定，安装方便。

4)输送管路清洗方式：利用高压水洗，方便干净。

充填管路固定时充填泵出口50 m内每根管子确保1处;50～200 m之间每2根管子确保1处;200～400 m之间每5根确保1处，固定采用d18 mm，长度1 000 mm底板螺纹钢锚杆+半圆型钢带(厚3～4 mm)，当底板出现较大变化时采用木板、木楔及料石等进行衬垫。

充填泵的安放位置应控制在距离工作面500 m的范围之内。充填泵安装的巷道高度应大于2.65 m。充填泵要摆放要平整，临时的充填材料场必须具有一定的防潮措施。

2.4 充填材料选择及充填墙体宽度计算

1)材料选择和配比。

沿空留巷所需的充填材料由水泥、砂石骨料、粉煤灰、复合外加剂和水等组成，所需材料来源广泛，可就地取材，并且利用了煤矿发电厂产生的粉煤灰，可消除其对环境的污染。

水泥：P.O 42.5普通硅酸盐水泥。

粉煤灰：电厂二级及以上粉煤灰。

石子：为当地产的石子，因泵送设备的要求，最大粒径≤25 mm;含水率小于5% ～8%，石粉含量小于3%。

外加剂：多功能复合外加剂具有塑化、调凝、早强、保水、引气等功能。

材料配比(重量)：

水泥∶石子∶黄沙∶粉煤灰=(650～700)∶(500～700)∶(500～700)∶(350～450)。

外加剂添加量为总量的1.5% ～5%。

设计充填材料强度指标见表3。

表3 设计充填材料强度指标(单轴抗压值)

2)支护墙体静载荷计算。

沿空留巷支护墙体的工作阻力静载荷计算［6］：

式中：

γ—上覆岩层的平均体积力，t/m3，取2.5;m—煤层的平均厚度，m，取1.1;

k—垮落岩石的碎胀系数 1.25 ～1.5，取1.25;

B1—巷道煤帮到切顶线的悬顶宽度，为B2与留巷充填体(暂取2.0 m)宽度的1.75倍;

B2—沿空留巷的巷道宽度，m，取4.6。

计算得出，静载荷的值约为27.7 t/m2，约为0.3 MPa。考虑到基本顶来压时下位岩层及充填体的动载系数，一般取静载系数的 2～6倍，为 0.6～1.8 MPa。而根据充填体材料的强度试验，其最大承载极限可达到22 MPa以上，可完全满足承载要求。

3)充填墙体宽度的确定。

根据充填材料的强度试验，其最大承载极限可达到22 MPa以上;工程类比一般充填留巷墙体宽度与采高比(1 ～1.5)∶1，墙体宽度为1 ～1.65 m;考虑到22201工作面基本顶厚度较大，留巷墙体预计将受到覆岩活动的剧烈影响，本次工作面留巷设计充填墙宽2.0 m。

2.5 人工柔模

本工作面初次采用人工柔模方式进行支护，即在机头支架每移出一个步距后，在机头支架后方采用单体支柱或木点柱在柔模袋采空侧和留巷侧进行支护，当移够4个步距后，使用柔模袋外侧钢筋布置好并挂设柔模袋;待柔模袋挂好后进行充填工作(柔模袋采空侧可采用木点柱支护，木点柱不进行回收)。

2.6 充 填

检查确定充填泵工作情况正常，充填管路通畅后，再进行充填材料的搅拌和输送;放充填材料时要均匀连续，配水要按照水灰比的比例;注意观察设备的工作压力和情况，充填管路堵塞要立即停机进行处理。

充填前，先用水进行打压实验，确认管路畅通后，再使用膏体混凝土充填材料进行打压充填，充填时要时时观察充填材料的堆积情况，充填材料要充满柔模袋。

2.7 冲 洗

在完成充填工作以后，要对充填泵和充填的管路进行清洗。

1)充填泵：用清水把充填泵里外都清洗一遍。

2)充填管路：将2个海绵球放入输送管路的一端，使用清水对管路进行清洗，直到2个海绵球从管路另一端送出为止。

3)打扫充填泵站环境卫生。

3 总结

1)针对沙曲矿北翼2#煤层22201工作面的具体地质状况，在22201工作面进行了沿空留巷Y型通风技术研究，可实现无煤柱开采，提高回采率，实现连续开采，解决上隅角瓦斯超限问题。

2)通过理论研究，确定了22201工作面的巷道布置方式、支护方式、留巷方式和Y型通风系统。

3)分析研究了沿空留巷的充填系统，包括工艺流程、充填设备、管路布置、充填材料选择及充填墙体宽度的确定等。

4)沙曲矿对高瓦斯薄煤层沿空留巷Y型通风技术的研究，可为其它类似条件下沿空留巷Y型通风的研究提供借鉴。

［1］ 李远辉，孙业尧.Y型通风沿空留巷支护匹配技术［J］.煤矿安全，2007(2)：18－19.

［2］ 张云健，王帅帅.浅谈沿空留巷技术在凤凰山煤矿的应用［J］.山西焦煤科技，2010(9)：8－11.

［3］ 张开玉，贺命峰.沿空留巷在薄煤层工作面的应用［J］.煤矿开采，1999(2)：27－28.

［4］ 邹集峰，王海山，潘晓峰.综采工作面沿空留巷［J］.鸡西大学学报，2004，4(1)：64－65.

［5］ 常传强，赵胜勇，洪金岭，等.综采工作面上平巷沿空留巷巷帮充填技术［J］.煤炭技术，2010，29(1)：91－92.

［6］ 张广云.凤凰山矿154307工作面沿空留巷充填体参数及工艺研究［J］.科技情报开发与经济，2010，20(36)：164－166.

Study on Y Type Ventilation Technology of Gob－side Entry Retaining with High Gas and Thin Coal Seam

Qian Hong－guang

For achieving without coal pillar mining，improving the recovery rate and realizing a continuous mining，fundamentally solve the upper corner gas overrunning problem，according to the geological condition of high gas and thin coal seam in the north of No.2 coal of Shaqu coal mine，carries out study of the Y type ventilation technology of gob－side entry retaining in the first 22201 working face of No.2 coal seam.Through theoretical analysis，determine the roadway layout of 22201 working face，supporting way and ventilation way，and design the filling system of gob－side entry retaining.Also can provide the reference for the study of Y type ventilation of other similar conditions gob－side entry retaining.

High gas;Thin coal seam;Gob－side entry retaining;Y type ventilation

TD724

A

1672－0652(2012)04－0017－03

2012－02－15

钱虹光(1984—)，男，山西大同人，2008年毕业于大同大学，助理工程师，主要从事煤矿一线生产技术工作(E －mail)z7766610@126.com