浅析采用预制块砌墙沿空留巷技术在轿子山煤矿综采工作面中的应用

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摘 要：轿子山煤矿由于煤层较薄，采高较低，综采工作面的顶板比较稳定，选择在轿子山煤矿平桥井9706综采工作面实施沿空留巷，通过使用预制块人工砌筑护巷墙，将综采工作面运输顺槽保留、维护作为下一个工作面回风巷使用。经过后期观察，采用预制块砌墙沿空留巷技术在轿子山煤矿薄煤层综采工作面取得了成功，为轿子山煤矿创造了巨大的效益，也为后续工作面实施沿空留巷奠定了基础。

关键词：轿子山煤矿 综采工作面 预制块砌墙 沿空留巷

轿子山井田位于贵州省安顺市北16Km处，有矿山专用铁路和矿区公路通往安顺，铁路距贵昆干线安顺站20Km，交通极为方便。井田面积共23Km2。共有斑鸠山、平桥、新井三对矿井。可采煤层3～4层，其编号为M0、M8、M9、M14，煤总厚4300～5500mm。M14煤均厚1100mm； M8、M9两煤层厚均为1600mm。斑鸠山主采M14煤。平桥井与新井主采M8、M9两层煤。实施沿空留巷的9706综采工作面布置在平桥井M9煤层七盘区内，是七盘区第六个工作面。9706综采工作面所采煤层M9煤，厚度 1300mm～1900mm，平均厚1600mm，属于较薄煤层，本煤层较稳定，结构简单，工作面内煤层无夹矸。煤呈黑色块状、性脆，玻璃光泽，贝壳断口，节理发育，煤层硬度较小。工作面煤层老顶为浅灰色燧石灰岩，厚度5120mm；直接顶板为灰黑色薄层粘土质粉砂岩，平均厚度1540mm， 伪顶为深灰黑色薄层状炭泥质粘土岩，厚度0～550mm，不显层理，富含植物化石。直接底含少许粉砂岩条纹顺层分布，厚度4210mm。9706综采工作面顶板莫氏硬度为13，属于非常稳定型顶板。

一、沿空留巷的提出

轿子山煤矿属于高瓦斯矿井，为治理矿井瓦斯采用钻孔预抽方案，由于预抽时间较长，导致采掘紧张。工作面较多采用沿空掘巷形式，留设3000mm左右的煤柱，一方面降低了煤炭采出率，另一方面沿空留巷可以减少一条巷道的掘进，缓解采掘接替紧张的局面，并且可以不留煤柱，提高采出率的同时可以降低小煤柱护巷发火的可能性。

通过轿子山煤矿技术人员与山东科技大学研究人员的实地勘查研究，根据轿子山煤矿采面地压相对较小，顶板稳定性高，煤层赋存条件较好和矿井煤炭自然发火期较长这些特点，经研究讨论，在轿子山煤矿9706综采工作面实施沿空留巷技术。沿空留巷是否能取得成功主要是看巷内支护和巷旁支护的共同效果。经过实地勘察和技术资料分析，轿子山煤矿提出了巷内使用锚索加固顶板和巷旁使用预制块砌墙的方式进行沿空留巷。

在轿子山煤矿采用预制块砌墙沿空留巷具有造价低廉，工程量小，技术成熟，适应工作面和作业环境能力强，在沿空留巷的工作面能够形成一道隔离采空区的密闭墙体，隔离综采工作面采空区效果好，支护强大较大等优点。

图1 沿空留巷力学结构示意图

二、沿空留巷的实施

1.沿空留巷的使用预制块要求

根据井下作业现场实施沿空留巷砌墙的需要，预制块制作成两种规格，分别为：①长×宽×高=500×250×150（mm）②长×宽×高=250×250×150（mm）

依据：一般混凝土平均密度为ρ=2400kg/m3。每个砌块重量约45kg。准备砌墙高度1800～2000mm，宽度1000mm；砌块强度C30，配比见表1。

2.沿空留巷方案设计

预制块砌墙即采用强度合适的混凝土制成块体，实施时采用砌筑的方式构筑巷旁支护。如图所示。

表1 预制块配料表

图2 巷旁支护构筑示意图

图3 混凝土块示意图

2.1沿空留巷墙体厚度为1000mm，由混凝土块砌筑而成，混凝土强度等级确定为C30，砌块需用水泥砂浆勾缝，并且砌块间的缝隙要错开。

2.2为保证墙体的稳定性，在沿空留巷巷道侧每隔1200mm紧靠墙体支设一根单体支柱。

2.3如果留巷压力大，墙体有压裂漏风现象，并且伴有严重侧压，则墙采取下列措施进行加固稳定：

2.3.1为保证墙体的整体性在墙体内设置钢筋网，规格：直径为3mm铁丝制作，长宽为2100mm和1300mm。

2.3.2为保证墙体连接性，在墙体采空区侧每隔1200mm打设一根单体柱配合铰接梁进行护墙。如效果差，改单体柱每隔600mm一根配合铰接梁支护。

2.3.3为了防止墙体有开裂现象，则要求在单体柱与墙体间采用直径为3mm铁丝制作的金属网片护墙。

2.3.4为了防止墙体漏风，待顶板压力稳定后，在墙体外侧抹面至少50mm的混凝土封闭墙体，防止漏风。

2.4在墙体上部每隔20000mm留设一个直径为25mm的抽放管，方便治理瓦斯。

2.5墙体上方用矸石袋或小水泥砖接顶，水泥砂浆勾缝。

三、沿空留巷实施

1.巷道内加强支护

1.1顶板加强支护措施

在原顶板采用锚网支护的基础上在巷道中部补打一排锚索，锚索规格为15.55000（mm）间距2400mm，即每三排锚杆间补打一根锚索。

1.2巷帮加强支护措施

由于沿空留巷后巷道压力增加，为了增加煤帮的稳定性并防止片帮，可以在实体煤侧的巷帮加挂金属网并加打两排锚杆，锚杆规格为16×1800（mm），间距为1000×1000（mm）。

2.巷旁加强支护措施

为了更好的保护巷旁支护墙体，保持墙体上方顶板的稳定和完整，可在巷旁支护墙体上方顶板中加打锚杆或锚索加强支护。

2.1锚杆支护

采用Φ18×2000mm单向左旋无纵筋螺纹钢树脂锚杆，锚杆托盘均采用125×125×10mm规格的拱形托盘。

2.2锚索支护

当工作面端头顶板破碎，遇到断层破碎带、地质构造变化带、煤层松软区、压力异常区、动压影响区、顶板泥岩且有淋水等复杂地质条件时的特殊地点，施工锚索支护，锚索型号为Φ15.5×6000mm型；在锚索尾部用锁具锁紧，锚索必须打入顶部稳定岩层1m以上，否则将锚索加长。

巷道加强支护如下图所示。

图4 沿空留巷加强支护示意图

3.端头支护措施

为保证端头支架后砌墙施工工作空间的安全，在砌墙施工地点前、端头架后的空间，建议使用3排π型钢抬棚支护，即π型钢配合单体液压支柱进行支护，一梁两柱，棚距1000mm，在端头架拉移后，立即在端头架后进行支护。为加强支护效果，在砌墙施工地点使用1～2架2.4mπ型钢支护隔离采空区，保护施工地点的安全，一梁三柱支护；如图5所示。

图5 沿空留巷端头支护示意图（π型钢抬棚支护）

四、砌筑工艺要求

1.严格控制留巷后的宽度，宽度为4.2±0.1m，墙体宽度控制在1.0±0.1m，墙体高度控制在1.8±0.1m。随着工作面的推进，当墙体宽度不能满足留巷要求，需要增加墙体宽度或改变留巷宽度时，须制定补充措施并执行相应的质量要求。

2.每班派专人观察墙体状况，当墙体出现变形量较大或开裂等现象时，要及时采取加强支护或喷浆等措施。

五、结论

轿子山煤矿采用预制块砌墙沿空留巷有四点意义：①少掘一条巷道，减少了巷道掘进时间，保证了采掘接替，能够提高矿井产量，创造良好的经济效益。②沿空留巷技术降低了煤与瓦斯突出的危险性；③取消了3000m左右煤柱的留设，提高了煤炭采出率，增加煤矿经济效益。④该技术研究成功后，不仅可以提升矿井生产的技术含量，并且可以在地质条件相类似的矿井进行推广，创造更多的经济、社会效益。

参考文献

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作者简介：李迎（1989.02-），男，汉族，河南渑池人，专科学历，现在贵州永润煤业有限公司轿子山煤矿工作，主要从事综采工作面技术管理工作。