无煤柱开采在打通一矿的应用研究

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摘 要：无煤柱护巷技术是煤矿开采技术的一项重大改革，对于该技术，国内煤炭行业从二十世纪七、八十年代起至今，一直进行着窄煤柱和无煤柱护巷支护技术的研究和应用，无煤柱护巷支护技术中的沿空留巷技术曾经历了堆砌瓦石（矸石）、密集支柱、金属棚、高水材料垛式充填等留巷方式的无煤柱护巷的发展过程，积累了宝贵的生产技术经验。本文详细介绍了打通一矿W2707工作面无煤柱开采沿空留巷的操作方式，该工艺在打通一矿在7#煤层采用的沿空留巷技术减少了巷道的掘进量、钻孔钻尺量，保证工作面的正常接替，同时也提高了采空区瓦斯抽采率。

关键词：沿空留巷；无煤柱；通风；瓦斯；应用

中图分类号：TD823 文献标识码：A

1 矿井概况

打通一煤矿隶属重庆松藻煤电有限责任公司，矿区位于渝黔交界处，座落在綦江县打通镇境内。井田内自上而下有6#、7#、8#三层煤可采，其中6#层局部可采。6#属无突出煤层，7#为弱突出煤层，8#为强突出煤层。随着埋深增加瓦斯含量增加，突出危险增大，且工作面开采时瓦斯涌出量大，生产过程中回风隅角、回风巷瓦斯超限频繁，制约生产，威胁矿井安全，同时不利于矿井高产高效的发展。一矿保护层工作面近年来单产较低，工作面年产量在15万吨徘徊，导致厚薄开采严重失调，薄煤层工作面接替紧张，防突掘进单进较低，如何降低薄煤层工作面的万吨掘进率是值得研究的课题。因此，从根本上解决瓦斯超限对回采的制约迫在眉捷。鉴于这种情况，打通一矿在7#煤层采用的沿空留巷技术减少了巷道的掘进量、钻孔钻尺量，保证工作面的正常接替，同时也提高了采空区瓦斯抽采率。

2 工作面概况

2.1工作面主要参数

W2707工作面设计走向长155m，倾向长1025m。倾斜长壁布置工作面，仰斜式开采。煤层为7#煤层，厚度为0.7～1.2m，平均煤厚 0.95m。煤层赋存稳定，煤厚1.0m左右，最厚达1.2m，M7煤层中部夹一层厚约0.02～0.25m的软分层，瓦斯含量及压力均较大。7#煤层吨煤瓦斯19.1m3，煤层倾角6～11°。W2707工作面回风巷为W2705运输巷沿空留巷。

2.2矿压情况

根据打通一矿矿压观测资料以及该矿南区7#煤层回采时矿压显现和W2602沿空留巷矿压显特征，预测W2707工作面开采时的矿压情况如下：

（1）工作面压力影响范围140m～160m，其中工作面前方影响范围60m～70m，距工作面10m左右为压力峰值区，工作面后方影响范围100m，距工面作15m～20m左右为峰值区。

（2）回采工作面顶板压力单位面积承载负荷31.55t/m2。

（3）顶底板移近量1.2m，其中主要为地臌，达到1m以上，顶板下沉量为0.2m以内。顶板离层达到5m以上。两帮移近量最大为0.58m，一般为0.2～0.3m左右。

（4）顶板最大压力为7.6MPa，巷帮充填体最大压力为8.8MPa。

3 沿空留巷

3.1沿空留巷方案

在W2705工作面运输巷施工沿空留巷，作为W2707工作面回风巷。

3.1.1沿空留巷主要参数

充填厚度为1.8m的混凝土墙加0.4m宽的水泥墩墙，共计2.2m宽墙体护巷。具体为：墙体全宽为2.2m，全高为1.2-1.4m。超前支护布置： W2705沿空留巷的滞后加强采用单体支柱配半圆木按1.0m×2.0m的间排距布置60m双排，

确保墙体在养护期内不受矿压影响；煤壁前方超前采用单体支柱配半圆木1.0m间距单排支护20m。

3.1.2充填体材料强度的选择与计算

充填体材料选用混凝土膏体材料，主要成份是：硅酸盐、沙子、粉煤灰及水拌和的膏体混凝土材料外加添加剂，下表1为充填体材料强度指标：

沿空留巷充填体的工作阻力可用下式计算：

P=γ×m/（k-1）×B1/B2

γ：岩石平均容重，取2.45T/m3；

m ：机头采高，取1.5m；

k ：冒落岩石的膨胀系数，1.25～1.5，一般取1.25；

B2：巷道宽度，取4.5m。

B1：B2与留巷充填体（取2.2m）宽度之和的1.2倍；

P=γ×m/（k-1）×B1/B2

= 2.45×1.5/（1.25-1）×（4.5+2.2）×1.2/4.5

= 26.26T/m2= 2.626f/m2

考虑到老顶来压时下位岩层及充填体的动载系数为静载系数的2～3倍，即8.0kgf/m2（不到1MPa）。而根据充填体材料的强度试验，其最大承载极限可达到10MPa以上，可完全满足承载要求。

沿空留巷充填体材料：地面充分混和，袋装成品，水灰比∶水泥∶砂∶石∶水=1∶2.04∶3.4∶0.61，另加入多功能复合外加剂：早强剂为水泥用量的1%～2%，减水剂为水泥用量的2%～3%，泵送剂0.8%～1.2%。单位水泥用量为338kg/m3。

3.1.3工艺流程

充填工艺流程为：充填空间超前顶板支护脱模并替棚清理 支模、布筋 搅拌输送 充填清洗。采用BSM1002E混凝土充填泵。利用人工上料、手动控制进水、机械搅拌，混凝土输送泵远距离输送，输送距离为≤300m。充填后动态观测充填体的强度和矿压显现。

3.2沿空留巷断面的稳定性

沿空留巷断面的稳定性取决于围岩强度、应力状况及支护、充填体与围岩的相互作用。围岩强度越高、应力状况越好断面变形越小，但围岩强度是固定的，只有合理选择布置支护形式以及充填体的宽度来改变应力状况，从而减少断面变形量。巷道底板的变形还有工业用水浸泡、巷道浮煤清收不彻底、顶板淋水等原因。所以保证沿空留巷断面的稳定性要综合考虑各种因素，选择合理有效的方法来控制断面的稳定性。

4 通风系统

4.1通风方式

U +尾排型通风方式。

4.2风量配备与风速验算

4.2.1风量配备

根据W2707工作面通风设计说明书，W2707工作面配风量1080m3/min，其中运输巷进风为1080m3/min，工作面通过风量为880m3/min，回风巷回风592 m3/min，尾排回风288 m3/min，W2707沿空留巷回风为200 m3/min。

4.2.2风速验算

W2707工作面面巷道及工作面设计断面为：运输巷S辅=13.71m2，回风巷为：S进=13.71 m2，沿空留巷S留=13.71m2 ，工作面为：S面=4 m2，则：

（沿空留巷仅供行人通风，不计工作面最低风速）

经以上验算，工作面及巷道最低风速为：0.27/s，最高风速为：3.7m/s，符合“规程”0.25m/s～4m/s的规定，则工作面所配风量为：工作面总风量为：1080m3/min。

5 无煤柱开采实施效果

W2707工作面通过沿空留巷的实施，减少了巷道掘进，共节省995m的防突掘进进尺，同时杜绝了掘进、运输、机电、顶板、防突、放炮等事故；因沿空留巷，少打条带预处理孔；本层预处理孔抽放时间长，效果好，降低了W2707工作面瓦斯治理的难度，缩短了相邻接替工作面的脱节时间；因延用W2705尾部斜坡，在减少工作面尾排工程量的同时，提高了采空区瓦斯抽采率，减少了采空区瓦斯流向尾排风流中；在工作面推进过程中，原W2705沿空留巷（即W2707回风巷）未发生自燃发火等现象。

6 存在的问题及建议

6.1存在的问题

（1）沿空留巷充填材料具有高增阻力、高强力学特性，且可适应于井下高程变化远距离泵送施工，入模后自流平、自密实，但充填材料成本高，充填费用大。

（2）原W2705沿空留巷（即W2707 回风巷）底鼓严重，巷道底鼓平均厚度0.3～1.9m，在下一个工作面接替前往往需要专门的卧底。

（3）随W2707工作面向前推进，需要专人为充填做模，导致工作面进头时间长，不利于安全高效生产。

6.2建议

（1）合理设计巷道断面，尽量减少充填墙体的宽度，从而减少充填成本。

（2）选择合理的煤层施工层位克服底鼓对回采造成影响，杜绝工业用水，顶板淋水对巷道底板的浸泡，巷道浮煤清收干净。

（3）考察选择巷旁充填一体化模块支架、机械立模，能保证充填墙体紧随工作面及时快速构筑，兼顾采煤和充填平行作业，实现我矿的高产高效。

参考文献

[1]郑运康，叶玉级，牛志文.缓倾斜中厚煤层软岩巷道无煤柱开采巷旁支护[J].矿山压力与顶板管理，1992（01）.