1204下工作面高水充填沿空留巷技术实践

杨巨忠

（汾西矿业中兴煤矿，山西 交城 030500）

随着采煤工作面推进速度的不断增加，对回采巷道成巷速度有更高要求，传统的双巷掘进方式难以适应高强度开采需要，同时留设的护巷煤柱造成大量宝贵煤炭资源浪费[1-2]。沿空留巷成巷速度快，极大地缓解了采掘接替紧张局面，在煤炭开采中应用逐渐广泛[3]。中兴矿1204下工作面位于2号煤层采空区下，采面与上覆采空区间距在4m以内，由于2号煤层开采，造成1204下采面顶板破碎，若1204下采面采用传统双巷掘进方式，则存在巷道围岩控制困难、掘进速度低下问题，因此，中兴矿在1204下工作面材料巷采用高水充填材料沿空留巷技术，取得显著应用成果。

1 概况

1204下工作面埋藏深度在620m，采面开采2下煤层，煤层平均厚度2.0m，含有1～2夹矸，平均倾角11°，2下煤层与上覆2煤间距约3.6m。采面上覆有厚度1.3m页岩伪顶，呈现灰黑色，遇水容易膨胀；其上为厚度0.8m的砂质页岩、厚度0.9m的砂岩；直接底为厚度0.3m砂质泥岩、厚度1.4m的砂质页岩。

1204下工作面北侧为1202下采面采空区，南侧为规划的1206下采面（实体煤），东侧为一采区皮带巷，西侧为井田边界，见图1。将1204下材料巷保留下来为临近的1206下采面生产服务，可以减少巷道掘进工程量，提高开采效率。

2 1204下工作面材料巷巷道支护

1204下工作面材料巷位于2号煤层采空区下，2号煤层回采工作面开采时造成1204下工作面顶板破碎，呈现块状，在采面开采矿压影响下，巷道容易出现冒顶。采用U型钢棚对顶板岩层进行支护，并结合锚杆+短预应力锚索，提升围岩稳定性，支护设计见图1。

3 高水速凝材料巷旁充填工艺

沿空留巷是将上区段回采巷道保留下来以供下区段采面开采使用，从而实现减少回采巷道掘进工作量、提升煤炭采收率目的。由于巷道留设在采空区后方，受采空区覆岩层下沉影响，留巷围岩变形量大，可以采用巷旁高水充填留巷方式，减少巷道围岩变形[4-5]。

图1 1204下材巷支护方式

3.1 充填设备

高水充填材料作为一种具有早期强度高、凝结速度快、支撑阻力高的材料，在井下沿空留巷巷旁充填体中应用效果显著，在江苏徐州、河南焦作、河北邢台等多个矿区实现成功应用。巷旁充填参数根据中兴矿1204下工作面地质条件以及采面推进速度综合确定。充填体宽度设计为2.5m，高度即为巷高3.0m，每班充填距离为3.5m，采用的高水充填材料水灰比1.5:1。

采用高水充填材料进行巷旁充填时，需要将A、B两种材料均匀混合并等量灌注到充填袋内，方可使其强度得以有效发挥。因此，在1204下工作面高水充填材料灌注时采用2ZBSB8～1.1/6-22注浆泵，并配合使用JB-1000搅拌桶。2ZBSB8～1.1/6-22注浆泵双缸独立运行，能够进行双液注浆，且注浆速度可调节。具体2ZBSB8～1.1/6-22注浆泵性能参数见表1。

表1 2ZBSB8～1.1/6-22型双液注浆泵性能

3.2 充填工艺

井下沿空留巷进行巷旁充填时可以分为三个环节，具体如下：

（1）材料准备

首先需要将当天充填所需材料搬运至存放点，并在充填泵站将A材料在1～2号、B材料在3～4号搅拌桶搅拌，5～6号搅拌桶备用。当1号、3号搅拌桶给2ZBSB8～1.1/6-22注浆泵供液时，2号、 4号搅拌桶加水，准备替换1号及3号搅拌桶，从而避免注浆中断。

（2）充填点顶板临时支护及充填袋布置

在井下巷旁充填点，根据已经灌注好的充填体快速定位充填位置，并对充填点位置进行临时支护。后续进行浮煤清理以及充填袋吊挂工作，并在充填袋内穿入钢筋，提高充填体强度。

（3）充填点充填

在完成材料准备、充填点临时支护以及布置好充填袋后，派专人进行检查，合格后通知注浆泵开启进行充填。充填点出料口均匀流出A、B料浆液后，将混合液放入充填袋内进行充填。具体工艺及流程见图2。

为了便于充填体成型，并提升充填体强度，采用钢筋网作为成型模板。为了提升充填袋强度，避免充填体使用过程中出现较大的侧向变形，在充填体内加入对拉锚杆。具体采用的充填体成型及加固锚杆布置见图3。采用上述布置方式可以进一步加固充填体，约束其侧向变形。

图2 巷旁充填基本工艺流程图

图3 充填体成型及加固示意图

3.3 巷内加强支护

巷内加固分为超前加固、充填点加固以及工作面后方加固三个阶段。

（1）超前加强支护

1204下材巷超前支护范围不得少于30m，材料巷超前支护采用ZT2×3200/15/30型超前支护支架，巷道两侧各安装2组，共4组，长度为25m，剩余5m采用π型钢（长度3.6m），并配合单体支柱进行迈步式支护，支护结构为一梁两柱。

（2）充填点的临时支护

① 在1204下工作面机尾临时支护采用螺纹钢锚杆（Φ20×2200mm）、W钢带以及钢丝网进行压网支护；

② 机尾锚杆施工完成后，拉移排头支架，在排头支架尾部距采空区侧2700mm使用1m的π型梁+单体液压支柱构成“一梁二柱”进行临时支护；

③ 在支架尾采用π型钢、单体支柱构成“一梁三柱”支护。

（3）工作面后方加强支护

在1204下工作面后方150m距离内采用单体支柱并配合铰接顶梁进行加强支护，防止采空区覆岩移动对留巷造成较大影响，减少围岩变形量。具体巷内加强支护见图4。

图4 巷内加强支护分布图

4 应用效果

1204下工作面材料巷采用高水充填材料沿空留巷技术，随着1204下工作面推进，对沿空留巷围岩变形进行为期45d观测。在整个观测周期内，巷道顶板、底板及巷道变形量变化呈现出先快速增加后趋于稳定趋势。在变形观测结束时，巷道顶、底板以及巷帮围岩变形量稳定在78mm、94mm，巷道围岩变形得以有效控制。具体现场留巷情况见图5。

5 结语

（1）1204下工作面采用高水充填材料沿空留巷技术后，采面多回采25m煤柱，煤炭采收率提升10%以上，巷道后期的掘进、维护费用降低30%以上，缓解了采面接替紧张局面，取得了显著经济效益。

（2）针对1204下工作面顶板围岩破碎问题，具体给出了材料巷支护方案、留巷超前支护、充填点临时支护以及采面后方加强支护方案。