张志义

摘 要：当前，煤炭行业形势严峻，成庄矿作为集团公司拥有优质煤炭资源的矿井之一，随着矿井不断向深水平延伸，瓦斯防突、采掘衔接、资源回收与利用等问题日益突出。沿空留巷技术不仅能够降低巷道掘进率，解决回采工作面上隅角瓦斯积聚等问题，还可以有效地提高优质资源回收率，因此，成庄矿决定以4311工作面沿空留巷项目为突破口，综合研究沿空留巷期间回采工作面的瓦斯治理、机电设备配套、矿压显现规律等课题，为下一步实施无煤柱开采、小煤柱开采、煤柱回收等项目提供技术支持。

关建词：沿空留巷 无煤柱开采 充填系统

中图分类号：TD353 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）07（c）-0051-02

集团公司根据成庄矿4311工作面3巷的地质条件和现场施工条件，分析工作面上覆岩层赋存条件及围岩状况，引进了高水充填技术，并以此为基础，通过试验、研究和改进，试验成功了泵送高水速凝充填材料巷旁充填技术。

1 4311工作面工程概况

工作面布置3条巷道，43111巷、43112巷和43113巷，工作面采用两进一回通风方式，即43111和43113巷为进风巷，43112巷为回风巷，巷道断面为5×3.2 m，采用锚网索支护。

工作面倾斜宽210 m，走向长1 318.4 m，可采储量2 453 278.06 t，回采期限9个月。

2 沿空留巷加强支护设计

2.1 现有巷道的支护设计

4311工作面皮带巷巷道断面净高3.2 m，净宽5 m，走向长度约1 318 m。皮带巷采用锚网永久支护，沿煤层顶板掘进，支护方案如下。

顶板：每排5根锚杆，间排距1 050 mm×1 000 mm，第一根锚杆距左帮400 mm，第5根锚杆距右帮400 mm，均垂直施工。每排2根锚索，排距为2 000 mm，第一根锚索距左帮1 550 mm，第2根锚杆距右帮1 550 mm，均垂直施工。

两帮：每排3根锚杆，间排距1 100 mm×1 000 mm，第一根锚杆距顶板500 mm，第3根锚杆距底板500 mm，均垂直施工。

2.2 巷道围岩压力计算

（1）巷道顶部压力。

根据普氏理论，巷道顶部的压力为：

带入数据计算得巷道顶部每延米压力为377.7 kN，平衡拱宽度的一半=6.5 m，巷道帮部松动圈宽度为6.5-2.5=4 m。

为了偏于安全，工作面后部巷道围岩的应力集中系数取2，则巷道顶部每延米压力为755.4 kN；巷道顶部松动圈宽度为8 m。

（2）巷道侧压。

根据普氏理论，巷道两帮的侧压为：

带入数据计算得巷道帮部每延米压力为87.6 kN，压力拱高 3.25 m，巷道侧帮塑性区范围为3.25 m。

为了偏于安全，工作面后部巷道围岩的应力集中系数取2，则巷道帮部每延米压力为175.2 kN；巷道侧帮塑性区范围为6.5 m。

（3）巷道底部底压。

根据普氏理论，巷道底部压力为：

带入数据计算得巷道底部每延米压力为23.57 kN，巷道底部的塑性变形极限深度为0.8 m。

为了偏于安全，工作面后部巷道围岩的应力集中系数取2，则巷道底部每延米压力为47.14 kN，巷道底部的塑性变形极限深度为1.6 m。

2.3 加强支护参数

（1）巷道顶部加强支护参数。

根据上述的巷道围岩压力计算，可知巷道顶部的每延米支护强度应达到377.7 kN以上。

巷道顶部每根锚索的支护强度按25 t计算，即每根锚索支护强度为250 kN。每根单体液压支柱工作阻力按250 kN计算；每根木支柱按50 kN计算。

若巷道每隔1 m补打2根锚索，则每延米有2根锚索；每米巷道打单体液压支柱1根，木支柱1.5根。则每米巷道的顶部支护强度为：

2×250+1×250+1.5×50=825 kN>377.7 kN

因此沿空留巷巷道顶部加强支护参数为：巷道每隔1 m补打2根锚索；每米巷道打单体液压支柱1根，木支柱1根，排距1 m。

（2）巷道煤帮加强支护参数。

根据上述的巷道围岩压力计算，可知巷道帮部的每延米支护强度应达到87.6 kN以上。

若巷道每隔2m补打1根锚索，则每延米有0.5根锚索。则每米巷道帮部的支护强度为：

0.5×250=125 kN>87.6 kN

因此沿空留巷巷道帮部加强支护参数为：巷道每隔2 m补打1根锚索。

（3）巷道底部加强支护参数。

根据上述的巷道围岩压力计算，可知巷道顶部的每延米支护强度应达到23.57 kN以上。

巷道底部每根底角锚杆的支护强度按5t计算。

考虑巷道每隔1 m补打1根单体液压支柱和1根木支柱，则每延米巷道的底部支护强度为：

250×1+50×1=300 kN>26 kN

因此沿空留巷巷道底部可不加强支护。需要注意的是，为约束两次采动的侧向支承压力，应根据矿压观测数据补打底角锚杆。

3 充填系统及工艺

3.1 充填设备选择

由于高水速凝材料的甲料和乙料两部分必须等量进浆、混合均匀，其强度才能达到最大，而以往的泵大多采用往复式，一般两侧进浆的注浆泵不是等量的，而且不是同时进浆、同时出浆，难以保证甲乙料等量进浆、均匀混合。推荐采用ZBYSB700/8-55型双液注浆泵为卧式双作用往复式活塞泵，该泵双缸独立，两个吸排口，能进行双液注浆，注浆比为1：1，注浆速度分为4种。该泵两出口连接混合器，双浆液由混合器混合后输出，搅拌桶采用JB1500型电动搅拌桶。

3.2 充填工艺流程

（1）在工作面后方待充填区域，进行清理浮煤（矸），吊挂充填袋等工作，将适宜的充填袋放入钢筋网内，联接好钢筋网，穿上对拉钢筋，打牢单体液压支柱，背实钢筋网，准备充填；

（2）检查充填泵工作状况，管路通畅情况，一切正常后，开动充填泵，搅拌输送，进料要等量均匀连续，严格控制好料浆配比。充填点人员观察出料口流出均匀甲、乙混合料浆后，将混合管插入充填袋内进行正式充填。

（3）充填过程中，应巡回检查充填袋周边情况，发现问题及时处理。需要指出的是，当充填体快要接顶时，应密切观察情况，尽可能地使充填袋接顶密实，不留缝隙。一旦接顶成功，应立即将注浆管从充填袋内拿出（并立即给信号停止注浆），并用绳将充填口捆扎结实，防止浆液外溢；

（4）充填结束后，用水清洗充填管路及充填泵，清洗污水进入采空区，避免污染工作面和巷道。

4 结语

经过技术人员充分的准备和调研，该矿确定了柔性模袋配合掩护框架巷内注浆充填的技术方案，并于2014年7月8日成功施工第一个柔性模袋。截止到4月10日，共充填340个模袋，留巷长度共计约1 025 m，留巷宽度和高度分别由原来的不足1.5 m和3 m稳定在现在的2.5 m和3.1 m。通过对施工工艺的不断调整和优化，攻关组对该项工艺已有初步认识，并为全矿推广该项工艺奠定了基础。

参考文献

[1] 张东升，马立强，茅献彪.综放（采）大断面原位沿空留巷技术[M].徐州：中国矿业大学出版社，2009.

[2] 袁树来，袁伟昊.沿空留巷开采技术[M].北京：煤炭工业出版社，2013.