采煤工作面沿空留巷施工工藝研究

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摘要:煤炭資源為非可再生資源，為提高煤炭資源回采率，節約國家寶貴資源，降低成本，創造更大的經濟效益，采煤工作面留巷技術及工藝顯得尤為重要。以趙固一礦16031工作面沿空留巷為背景，淺談沿空留巷施工工藝流程及應用。

關鍵詞:煤炭資源;工藝;沿空留巷

焦作煤業集團趙固(新鄉)能源有限責任公司趙固一礦(以下簡稱“趙固一礦”)井田位于焦作煤田東部，太行山南麓，隸屬輝縣市管轄。其地理坐標為東經113°33'00″～113°43'39″，北緯35°23'09″～35°28'00″。東西長約15km，南北寬2．0～5．5km;面積為81．5808km2，開采標高為－330～－780m。2009年5月正式投產，設計井型240萬t/年，2015年核定生產能力300萬t/年。礦井總資源儲量3．73億t，可采儲量1.65億t。礦井采用立井單水平盤區式開拓，設計4個立井，分別為主井、副井中央風井和西風井，井口位置均位于井田中深部;井口標高+83．8m，車場水平標高－525m。礦井主采二疊系山西組二1煤層，煤層傾角2°～6°，煤層平均厚度5．29m，煤層無自燃傾向，無煤塵爆炸危險，屬瓦斯礦井，水文地質類型為極復雜型。

1工程概述

趙固一礦16031工作面屬于礦井的－525m水平，位于礦井北翼，所屬盤區為西六盤區，東為16041工作面，南為16031工作面聯絡巷、北翼三條大巷和F16斷層，西為16021工作面和F25斷層尖滅端，北DF80和F15斷層。工作面開采煤層為二1煤層，厚度為5．7～6．5m，平均為6．22m，煤層平均傾角為4°。工作面沿傾向布置，傾向長度為1071m(至停采線)，走向長度為110．8m，面積為118666．8m2，可采儲量(3．2m)為51．56萬t，服務年限為5．1個月。16031上順槽為沿空留巷，回采側采用“金屬菱形網(柔性網)+鋼絲繩+U鋼柱”方式防護，頂板采用單體柱輔助支護。

2沿空留巷施工工藝

1)在上順槽超前工作面實施深孔預裂爆破，具體如下:①爆破孔位置:在16031工作面上順槽頂板回采側布置一列爆破孔，孔口位置距中線2．1m。②爆破孔參數:孔徑50mm，孔深為10．5m，孔口間距600mm，允許偏差±100mm，爆破孔與巷道中線垂直，向西偏5°，偏差0°～3°。③鉆孔機具:MYBZ15A型液壓鉆機或MQT－130/3．2型錨桿鉆機。④裝藥方式:使用2m長聚能管輔助進行裝藥，聚能管管壁聚能孔方向與巷道中線方向平行。⑤裝藥結構:每孔4節聚能管，從上向下每節聚能管裝藥量分別為5－3－2－1。⑥封孔:封孔長度3．5m，使用三段水炮泥，水炮泥外剩余的炮眼部分用黏土炮泥封實。⑦每循環爆破眼數不大于15個。2)在工作面超前段頂板平行巷道中線方向補打2排U鋼梁錨索加強支護。東偏巷道中線400mm打設一排單體柱作為信號柱，單體柱間距1800mm，初撐力不小于11．5MPa，單體柱直接點在頂板槽鋼梁上。3)巷幫擋矸防護:擋矸支護在工作面1#架后側施工，沿空留巷巷幫擋矸防護采用“金屬菱形網(柔性網)+鋼絲繩+U鋼柱”的方式，具體設計如下:①金屬菱形網在工作面1#～7#架前上網，金屬菱形網頂部向巷道內外露200mm與巷道內原頂板支護網片相連，搭接長度不低于200mm。架前相鄰網片搭接長度不小于200mm，并用雙股鐵絲將兩層網搭接處連接在一起，其扎結點呈三花形布置，間距不超過200mm。使用柔性網上網時，柔性網長10m，寬5．2m，柔性網長邊垂直巷道中線方向鋪設，短邊平行巷道中線方向鋪設，搭接長度不低于200mm。②上第一趟網時，將雙層金屬菱形網直接與頂板原支護網片、鋼筋梯等進行捆扎，金屬網搭接長度不小于200mm，用鐵絲將兩層網搭接處連接在一起，其扎結點呈三花形布置，間距不超過200mm。③在工作面1#～7#架前每隔600mm上1根鋼絲繩，鋼絲繩一端固定在菱形網(柔性網)上，另一端固定在巷道頂板走向U鋼梁上，繩頭使用鎖具進行固定。④平行巷道中線方向在工作面鋪設7道鋼絲繩，第一排距回采側煤墻300mm，排距500mm，共鋪設6道，鋼絲繩十字交叉處用繩卡進行固定。在工作面7#支架處平行巷道中線方向固定第7道鋼絲繩。續接鋼絲繩時，鋼絲繩搭接長度不得小于500mm，使用不少于2個繩卡進行固定。⑤沿空留巷內，東偏巷道中線400mm打設1排單體柱，柱距1800±100mm，允許偏差±100mm，單體柱打設在頂板槽鋼梁上，初撐力不小于11．5MPa，迎山有力，直線度偏差不超過±50mm，單體柱下墊鐵鞋。4)金屬菱形網(柔性網)施工步驟:①將卡箍及手動絞盤安裝在工作面1#～7#液壓支架的前立柱上，定滑輪安裝固定在液壓支架的起重環上，保證定滑輪的方向與手動絞盤方向一致，每個手動絞盤上纏繞6mm鋼絲繩不少于10m，一頭在絞盤上固定牢固。②將每個絞盤上面安裝好的鋼絲繩的自由端繞過頂梁上面固定的滑輪，然后再從菱形網(柔性網)底部穿過，將絞盤鋼絲繩自由端與菱形網(柔性網)連接，使用護幫板配合絞盤逐步將菱形網上至支架頂梁上。5)擋矸柱打設方式:①擋矸柱選用2段長度分別為2600mm和1900mm的U36型鋼進行擋矸，采用三副卡纜進行搭接，搭接長度不低于500mm。上部的U型鋼在內，下部的U型鋼在外，插入底板深度不低于300mm;擋矸柱距巷道中線不小于1500mm，間距600mm，與頂板呈5°～10°打設(柱根扎向采空區)。②擋矸柱必須接頂接底，安裝時先使用手拉葫蘆將擋矸柱上端吊至安裝位置，初步擰緊卡纜螺絲防止擋矸柱歪斜，擰緊卡纜螺絲，卡纜螺絲扭矩100N•m，不得超過150N•m。③在擋矸柱卡纜連接部位分別增加一組連接板，將相鄰的U型鋼連接起來，使擋矸柱形成一個整體。④巷道變形無法使用頂板U鋼梁固定U鋼柱時，需在巷道頂板掏柱窩，插入頂板深度不低于200mm。⑤在擋矸柱里側鋪設單層金屬焊網，焊網里側褙風筒布或阻燃布，頂部向巷道內外露200mm與巷道內原頂板支護網片相連，底部接底，鋼筋焊網搭接不少于3格。使用16#鍍鋅鐵絲將金屬網固定在擋矸柱上，綁扎點間距不大于500mm，鉛絲必須旋擰不得少于3圈，擰緊擰牢。

3沿空留巷維護要求

1)及時對巷道進行落底，保證巷道高度不低于2．0m。2)頂板及幫部出現失效錨索時，及時安排人員補打錨索及時支護。頂板及幫部網片出現開裂及時補聯，防止掉矸傷人。3)沿空留巷內出現歪斜柱、脫根柱以及死柱時，及時改柱。

4錨索質量要求

1)錨索預緊力:21．6mm×10300mm、21．6mm×6300mm錨索不小于200kN。2)錨索允許偏差項目:孔距:±100mm。孔深:0～+200mm。外露長度:150～250mm。角度:±3°。3)每根21．6mm×10300mm、每根21．6mm×6300mm錨索使用3支Z2350型樹脂錨固劑錨固。

5錨索安裝工藝及要求

5．1錨索支護流程。施工前準備工作—點眼、打眼—清理鉆孔—逐支裝入樹脂錨固劑—安裝、錨固錨索—上錨索托盤及索具—用錨索張拉泵預緊錨索。5．2錨索安裝工藝。根據錨索間排距定好孔位，21．6mm×10300mm錨索采用MQT－130/3．2錨桿機打眼，21．6mm×6300mm錨索采用ZQS－60/2．0S型氣動手持式鉆機打眼。打完眼后，裝入樹脂錨固劑，用鋼絞線逐支輕推至孔底，安上攪拌器，用錨桿機攪拌，攪拌時間25～35s，退下錨桿機和攪拌器，等待8min后，上錨索墊板和索具，采用風動錨索預應力張拉機具緊固。5．3錨索安裝要求。1)打錨索眼:按設計要求定準眼位，按要求打夠眼深。2)送樹脂錨固劑:向錨索孔裝入樹脂錨固劑，用鋼絞線將錨固劑推入孔底。3)攪拌錨固劑:用攪拌器連接鋼絞線與鉆機，打開風馬達控制扳機，緩推猛攪，將鋼絞線注至設計深度。當鋼絞線到達眼底時，將扳機開到最大，攪拌25～35s，以確保樹脂完全混合。4)緊固錨索:使用MQ22－320/63、MQ18－320/63型礦用風動錨索張拉機具張緊錨索。5．4三徑匹配。21．6mm×10300mm錨索使用MQT－130/3．2錨桿機，鉆桿規格:B19×1000mm，鉆頭規格:28mm。21．6mm×6300mm錨索使用ZQS－60/2．0S型氣動手持式鉆機，配麻花鉆桿，鉆頭使用28mm羊角鉆頭。錨固劑采用Z2350樹脂錨固劑，直徑23mm，長度500mm。鉆孔直徑、錨索直徑、錨固劑直徑“三徑匹配”符合設計要求。

6礦壓觀測

1)在工作面前方及后方200m范圍內每間隔20m建立一個測站，用于測量留巷頂底板移近量及兩幫收斂量。建站后，工作面100m范圍內測站每2天觀測一次數據，其余每周觀測1次。進入后方觀測時，必須安排專人觀察巷道情況，發現異常及時撤出，其他無關人員禁止進入。2)建立礦壓觀測臺賬，及時更新觀測數據，發現留巷頂板下沉量超過100mm，兩幫移近量超過500mm時，應及時采取措施進行維護。

7結語

目前，煤礦生產單位對沿空留巷的認識比較統一，不斷優化沿空留巷工藝，創新沿空留巷施工方案，保證沿空留巷施工效果，是需要長久持續推進的工作。推行沿空留巷，不僅對生產礦井進行技術改造、緩和采掘關系和延長礦井壽命具有現實意義，而且也是使煤炭企業改善安全條件和技術經濟指標，增產、增盈減虧的主要途徑之一。

作者:黃志遠 王優 常征征 單位:焦作煤業集團趙固(新鄉)能源有限責任公司