刘晓东 尹炳合 林治宝

（1.龙矿集团盘道煤业，山西 忻州 034100；2.龙矿集团高级技校，山东 龙口 265714）

1 工程概况

盘道煤业位于宁武煤田轩岗矿区的东北部，生产规模为120万t/a，批准开采2～5#煤层，现回采煤层为2#煤，低瓦斯矿井，自燃倾向等级二级，自燃发火期4～6个月，水文地质类型为中等，井田构造类型为中等。

沿空留巷为3203工作面的3203材料巷，巷道支护方式为锚网支护，巷道矩形断面为4.4×3.5m，3203回采结束后，本巷道作为3205面的运输巷。

3203工作面回采煤层为2#煤，位于太原组顶部，上距山西组底部灰白色中细砂岩7～7.5m，全区厚度、层位稳定。该区煤层厚3.0～4.5m，平均3.75m，含1～2层夹矸，厚度0.70～1.20m，平均厚度0.95m。煤层走向近南北，倾向西，倾角8～18°，平均12°。

3203材料巷掘进过程中揭露落差1.5m、2m正断层共两条，对沿空留巷会造成一定影响，需加强断层区域的支护。

2 方案论证

2.1 隔离墙技术分析

盘道煤业具有比较良好的地质条件和开采条件，沿空留巷技术可行，关键是留巷工艺需简单、保障安全、经济可行、技术合理。

沿空留巷突出的问题是隔离墙的结构和施工方法对沿空留巷的影响。目前，正使用的沿空留巷技术主要有隔离墙技术和切顶卸压技术。切顶卸压技术施工技术要求高，工艺复杂，对煤岩层岩性、厚度等因素要求较高，短期内盘道矿无法采用。

国内比较常用的沿空留巷隔离墙技术主要有：高水充填护巷技术、现浇混凝土成墙技术和预制块砌墙等技术，以上方案各有优缺点。

（1）高水充填材料护巷技术优点是远距离输送和快速凝固。但墙体材料强度低，材料用量大，大多数情况下不能就地取材，材料成本高。施工方面形成的墙体太厚，在采空区侧临时支护和工作人员实施作业时存在安全隐患，不适合高效回采工作面。

（2）现浇混凝土成墙技术：就地取材，材料成本低。但地面干拌和现场施工造成多次粉尘污染，混凝土输送距离有限，施工辅助材料成本高，工作人员劳动强度大，而且墙体达到设计强度需要一定的时间。泵送混凝土充填沿空留巷环节多，施工复杂，柔模和辅助材料成本高，不能满足高效快速回采需要。

（3）预制块砌墙技术：国内现有的常规预制块隔离墙基本是用预制块简单地堆砌，类似于砌碹技术，该施工工艺简单、成本低。

通过研究，综合比较现有的沿空留巷的各种工艺，确定采用预应力砌块装配式隔离墙工艺。

2.2 预应力砌块装配式隔离墙技术特点

（1）充分发挥混凝土强度，混凝土砌块预制，有较好的养成条件和充分的养护时间，混凝土砌块强度可以发挥到最佳程度；

（2）地面预制混凝土砌块，相对井下施工，施工条件较好，劳动力占用较少，人工费用较低；

（3）井下环境污染少，粉尘可以减少90%以上；

（4）运输量少；

（5）装配工艺简单，高强度砌块通过亲口配合，可适应任何高矿压环境；

（6）主动支撑，预应力支撑柱内部填充有膨胀材料，注水后自体膨胀，给顶板施加30kN预支撑力，有效控制顶板和留巷稳定性；

（7）粘塑性接顶密封，顶板预留间隙有预应力让压支撑柱和粘塑性密封材料，具有初撑力又能增阻让压，基本耦合沿空留巷矿压规律。粘塑性接顶材料是用河沙、小石子、粉煤灰，配以一定的添加剂，用水搅拌充填到顶部砌块与顶板之间的空间，既能对顶板起到一定的支撑作用，又能在顶板弯曲下沉时，压密实，提高密封效果。

3 工程实践

3.1 施工设备布置

将地面加工好的混凝土块运至砌墙机处，由砌墙机机械操作，完成砌墙工作，施工设备布置平面图如图1。

3.2 施工主要工艺

（1）混凝土块的加工。根据矿压监测分析，选用800×800×400mm钢筋混凝土块，强度不小于C30，后期改为1000×800×400mm钢筋混凝土块，进一步加大了支护强度，委托专业预制件厂进行加工，强度达到要求后下井运至施工地点。

（2）端头支架安装。工作面安装时，在靠近3203材料顺槽端头安装端头支架，端头支架较正常回采基本架长3.5m左右，为迈步式结构，见图2。

图1 设备布置平面图

图2 沿空留巷平面布置

（3）巷道超前补强加固。顺槽沿空留巷操作前，在超前支护段打设补强顶钢带梁，增加两排补强帮锚杆，钢带梁采用W200L2400～3400钢带，三根Φ15.24L5000锚索，帮采用Φ18L1800预应力蛇形锚杆，补强顶钢带梁和帮锚杆的距离根据现场矿压观测情况，在超前支护范围内即20m范围补强即可。

（4）工作面超前支护。工作面超前支护采用单体支柱配合π型钢梁棚，间距1.8m，切眼位置支设3架，一梁三柱，靠近切眼位置支设6架一梁三柱，再往外5架一梁两柱，超前支护设计距离20m。

（5）砌墙作业。使用专用平板车将装配式砌块运输至施工地点，使用液压转向推高机（机械手）将装配式砌块移动至隔离墙位置，前后、上下进行装配，密封胶条夹在砌块与砌块之间，隔离采空区，采用预应力支撑柱接顶，用粘塑性接顶密封材料填充与顶板之间的空间。

（6）对已沿空留巷段加固。在沿空留巷段支设一路拖后顺向靠墙加强棚，加强棚采用单体支柱配合π型钢梁棚，加强棚离砌块墙100mm，柱间距0.8～1m。沿空留巷施工过程中，拖后加强支护长度一般为一个周期来压步距另加5m以上，按照盘道煤业的周期来压情况，一般拖后加强支护不少于50m左右，根据矿压显现情况进行回撤复用。

（7）喷浆封闭。砌墙结束后，进行喷浆封闭。在墙体预留观测孔，定期观测采空区情况。

4 实践效果

（1）高强度支护与卸压支护相结合，将巷道变形控制在一定范围内。在砌墙完成，巷道未受动压影响时，采取单体π钢沿混凝土墙支护，以保证巷道支护的强度；同时选用了高强度钢筋混凝土块，混凝土块与顶板之间采用主动支撑作用的支撑柱及可塑性袋装灰砂，有一定强度，又保持一定的塑性，当袋装灰砂变形至一定程度时，混凝土块发挥主支护作用。顶板下沉200～300mm时，顶板沿混凝土墙体内侧切顶垮落，顶板压力得到一定程度释放，巷道趋于稳定，不再有大的变化。

（2）增加恒阻力锚索支护，保证巷道顶板的完整，控制巷道顶板下沉变形。恒阻伸长式矿用锚索，具有保持恒阻力条件下延伸大变形的特性，解决了现有锚索延伸率不足，难以适应围岩大变形的技术难题。现场使用型号为SKP18-1/1860HS，沿工作面一侧超前50m布置，间距3m，长度5m，锚索Φ17.8mm，在保证锚索支护效果的情况下，较好地控制了巷道变形。

（3）对过断层段区域，提前注浆加固，提高围岩自身支护能力。注浆材料为马丽散（优乐加固1号），是一种低粘度，双组分合成高分子--聚亚胺胶脂材料，当树脂和催化剂掺在一起时反应或遇水产生膨胀，本身反应或发泡生成多元网状密弹性体，当它被高压推挤、注入到煤岩层，可沿煤岩层或混凝土裂缝延展直到将所有裂隙充填，注浆后，断层区域岩层强度加大，沿空留巷期间无大变化。

（4）采用加长端头支架支护，保证操作人员的安全空间。制作加工了加长迈步端头支架，在保证支护强度的情况下，较回采支架长3.5m，增加了砌墙支护段的操作空间，保证了施工人员的安全，同时支架迈步前进，减少了支架前移时空顶时间，提高了支护效果。

（5）专用机械式砌墙机使用回采泵站液压作为驱动力，砌墙动作分解为起吊、横移、下放三个动作，解决了砌块搬运与垒设的困难，每班进度10～12m，保证了回采需要。

（6）本次施工的沿空留巷长度570m，同时服务于3203与3205两个工作面。实践证明，沿空留巷较好地控制了巷道变形，提高了施工效率，经济成本降低20～30%，减少了煤柱损失，为相同或类似条件下推广沿空留巷提供了宝贵的经验。