新元集团

新元煤矿沿空留巷安全开采技术实践

李建光

【摘要】为解决新元煤业工作面巷道采掘接替紧张、上隅角瓦斯积聚等问题,提出

高水材料巷旁充填沿空留巷技术,利用公式计算出巷旁支护体宽2m;针对原巷道支

护强度低、锚固长度短的问题,补打锚杆锚索,补强支护体系;通过沿空留巷形成Y

型通风系统,解决了工作面上隅角瓦斯积聚和超限的问题.矿压观测结果表明,留巷

顶底板变形量保持在1.0～1.5m,满足巷道在回采期间通风要求.

【期刊名称】《现代矿业》

【年(卷),期】2018(000)012

【总页数】4页(P204-207)

【关键词】沿空留巷;高水材料充填;Y型通风;锚杆支护;矿压观测

【作者】李建光

【作者单位】阳煤集团山西宁武榆树坡煤业有限公司

【正文语种】中文

对于开采吸附性强、瓦斯含量大煤层的高瓦斯或突出矿井而言，一般采用先抽后采、

边采边抽的瓦斯治理措施，然而开采致密、裂隙不发育煤层时，采动之前难以抽采

瓦斯，采前预抽及U型通风不能有效解决隅角瓦斯积聚问题[1-3]。阳煤集团新元

煤矿为煤与瓦斯突出矿井，目前主采3#煤层。生产期间为了解决掘进和瓦斯问题，

原回采工作面一直采用“两进两回”的“U+L”通风系统，巷道之间的煤柱宽20

m，多条巷道布置造成区段煤柱损失严重，采出率低，且煤与瓦斯突出煤层掘进速

度慢，采掘接替紧张[4]。因此，以新元煤矿3107工作面为工程背景，采用高水

材料巷旁充填沿空留巷技术，对实现工作面Y型通风，避免隅角瓦斯超限和采空

区通风问题及保证矿井接替、降低开采成本等具有重要的意义。

1工程概况

3107工作面回采3#煤层，煤层倾角平均为5°，平均厚2.6m。煤层伪顶为厚0.3

m高岭石泥岩，直接顶为6.45m厚砂质泥岩，老顶为5.7m厚中粒砂岩，直接

底为4.5m厚砂质泥岩，老底为18.95m中粒砂岩，局部含粉炭质条带，3107

工作面布置见图1。

李建光(1974—)，男，董事长，工程师，036000山西省宁武县。

图13107工作面布置

3107工作面回风巷道设计断面为4.8m×3.0m(宽×高)，顶部采用锚网梁+锚索

矩形断面支护，顶锚杆采用φ22mm×2200mm左旋无纵筋(KMG500)让压锚杆；

帮锚杆采用φ20mm×2000mm等强锚杆，锚杆排距为700mm；锚索采用

φ22mm×7500mm低松弛钢绞线，锚索间距为1.5m，排距为1.4m，即锚索

梁按照“3-0-3-0”方式施工，帮锚杆上钢筋钢带加挂金属网。巷道在没有经受工

作面超前压力之前变形量较小，但随着时间的推移，巷道变形逐渐加大，导致部分

区域巷道顶底板几近闭合，两帮移近量也非常大，因此，巷道在留巷之前需进行补

强支护处理。

2巷旁支护宽度的确定

根据3107工作面生产地质条件、邻近工作面开采情况、岩性和以往的岩层力学参

数考虑，具体地质力学参数初步取值如下：煤层开采厚2.8m，工作面长240m，

周期来压步距为20m，巷道最大埋深为550m，基本顶平均厚2.5m，直接顶平

均厚5.66m，留巷后巷道宽5.2m，充填体宽2m，上覆岩层容重为25kN/m3，

应力集中系数为2.0，基本顶岩层抗拉强度为8MPa，侧压系数为0.4，煤层黏聚

力为1.5MPa，内摩擦角为25°，煤帮采用锚杆支护，其支护阻力按0.15MPa考

虑，煤层倾角按平均4°考虑。利用上述参数计算得到3107工作面回风巷充填体

的切顶阻力为12.83MN/m。现场施工时，充填体平均强度按8MPa考虑，则所

需的充填体宽度理论计算值为1.61m。根据3107工作面回风巷顶板岩层情况、

公式计算和以往的工程实践，考虑安全系数、充填体完全置于采空区，当采高不超

过3m时，初步设计确定巷旁支护体宽度为2m。

3高水材料巷旁充填沿空留巷技术

3107工作面回风巷充填时间较紧，因此，不适合采用全袋式充填和混合式充填方

法，经比较分析，最终确定采用分段阻隔注浆充填方法[5-7]。

3.1充填工艺

综合考虑井下施工条件、工作面超前支承应力的作用效果、浆液固结强度及材料消

耗等因素，确定充填材料的水灰比为4∶1，初凝时间≤30min，充填体终强1.46

MPa，7d强度为终强的90%，充填宽2m。3107工作面回风巷充填基本工艺流

程见图2，包括砌筑止浆墙，管路安放，配料制浆，泵送充填，带压充填。水灰比

直接影响空巷充填材料的强度、凝结时间，现场施工时需严格按照设计要求加水。

根据确定的水灰比4∶1，向搅拌桶内加入750kg水；加水后，向1#搅拌桶加入

150kg甲料(3袋)，向3#搅拌桶加入150kg乙料(3袋)，当1#、3#搅拌桶给充

填泵供料浆时，2#、4#搅拌桶加水、上料，准备搅拌，在添加空巷充填材料的同

时，启动搅拌机，浆液搅拌均匀一般需要5min；最后注浆充填并监控充填情况。

图2工作面巷旁充填工艺流程

3.2泵站准备

充填泵站要求有适当的操作和存料空间。现场施工时，合理的泵站设置有利于提高

充填效率。泵站应尽可能固定于一个位置，减少泵站移动次数及辅助运输量。根据

以上原则，建议将泵站布置在辅助进风顺槽内。具体要求如下：配备1台双液充

填泵，4台搅拌桶(甲料、乙料各配2台搅拌桶)、5个电磁启动器(泵1台，4台搅

拌桶对应4台)，搅拌桶附近布置料场，充填泵及搅拌机等设备水平摆放；泵站堆

料平台应能放置2d使用的注浆材料(约100t)；泵站点设置3路供水管，其中2

路直径为32mm，用于搅拌桶加水，供水能力不低于20m3/h，且有单独的控制

开关，保证注浆工作连续进行,另一路用于注浆泵降温，管径为19mm；靠近帮部

挖掘沉淀池，规格为500mm×500mm，沉淀池内的废水泵送至排水管内。

3.3劳动组织

沿空留巷后工作面推进不会超过8m/d，一天充填2班，每次充填长度为3～4m，

具体充填长度由工作面推进长度决定。充填作业安排见表1。

表1充填作业安排

4加强支护设计

4.1回风巷加强支护技术

由于留巷时间较长，为防止顶板离层，留巷断面收缩过大，将原有的“3-0-3-0”

的锚索支护形式变成“3-1-3-1”的锚索支护形式，即在原施工的2排锚索中间再

施工一排锚索梁(每排1根锚索)，锚索规格为φ22mm×7500mm。每根锚索在

钢带外再安装大托盘，预紧力不低于100kN。非采煤侧巷帮在帮角处距底板

300mm处补打一根φ20mm×2400mm锚杆；在煤柱侧巷帮每2排锚杆补打

一排锚索，每排2根，第一根距顶板800mm，仰角为10°，第二根距顶板2200

mm，锚索规格为φ22mm×7500mm。回风巷加强支护见图3。

图3回风巷加强支护示意(单位：mm)

4.2充填区域上方顶板支护技术

为了保持充填区域范围内的顶板完整性，在充填区上方每割1刀煤补打1排800

mm×800mm锚杆，每2排锚杆间加打2根φ21.6mm×6300mm锚索，锚索

距巷中距离分别为3500，4700mm，顶板锚杆采用φ20mm×2400mm左旋

无纵筋锚杆。支护布置见图4。

5沿空留巷Y型通风方式

3107工作面回风巷采用沿空留巷后可实现Y型通风[8]，由现在的进风巷作为主

要新鲜风流进风、现在的回风巷作为配风巷进部分新鲜风，经工作面后的污风通过

沿空留巷保留下来的巷道经联络巷与3107尾巷沟通，形成Y型通风系统，再辅以

其它措施治理瓦斯，可以从根本上解决高瓦斯采煤工作面上隅角瓦斯积聚和超限的

难题。

图4充填区域上方顶板支护示意(单位：mm)

由于3107工作面底板较软，属软弱围岩，沿空留巷后，受侧向支承应力强烈作用，

沿空留巷后底鼓量大，全长留巷通风可能保证不了通风断面。因此，决定采用Y

型通风方式为离工作面后方最近的2个联络巷进行回风，即到下一个联络巷时，

打开前一个联络巷、封闭最后边一个联络巷进行通风，见图5。

图5全长留巷时Y型通风方式示意

6矿压观测

为了观测3107回风巷支护参数的合理性，在巷道中每20～30m设一个测站进行

观测，巷道表面收敛规律的测点布置一般采用十字布点法，观测结果见图6[9-11]。

可知，工作面后方0～120m为留巷采动影响阶段，巷道顶底板累计变形量最大

为1035mm，且主要以顶板下沉为主，两帮累计最大变形量为1931mm，以

实体煤帮变形为主。工作面后方130～240m巷道断面累计变形量最大，平均宽

3299mm，最大宽3714mm，最小宽3007mm，两帮移近量在1086～1

793mm，以实体煤变形为主；巷道平均高2153mm，最大高度为2667mm，

最小高度为1847mm，顶底板变形以顶板剧烈下沉为主，下沉量在333～1153

mm。此阶段巷道断面收敛率远大于工作面后方240～280m留巷变形稳定阶段，

最终顶底板变形量保持在1000～1200mm，能满足巷道在回采期间的通风要求。

7结论

(1)根据3107工作面回风巷顶板岩层情况、公式计算和以往的工程实践，采用高

水材料巷旁充填技术,确定巷旁支护体宽2m。采用锚杆、锚索加固充填区域顶板，

保持充填区域范围内的顶板完整性。

图6顶底板、两帮移近量与工作面距离关系■—巷宽；▲—巷高

(2)3107工作面回风巷采用沿空留巷后可实现Y型通风，辅以其它措施治理瓦斯，

可以从根本上解决高瓦斯采煤工作面上隅角瓦斯积聚和超限的难题。

(3)根据矿压观测结果，在工作面240～280m，巷道围岩移近量逐渐变缓，最终

顶底板变形量保持在1.0～1.2m，基本满足巷道在回采期间的通风要求。

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