采煤工作面沿空留巷施工工艺研究

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摘要:煤炭资源为非可再生资源，为提高煤炭资源回采率，节约国家宝贵资源，降低成本，创造更大的经济效益，采煤工作面留巷技术及工艺显得尤为重要。以赵固一矿16031工作面沿空留巷为背景，浅谈沿空留巷施工工艺流程及应用。

关键词:煤炭资源;工艺;沿空留巷

焦作煤业集团赵固(新乡)能源有限责任公司赵固一矿(以下简称“赵固一矿”)井田位于焦作煤田东部，太行山南麓，隶属辉县市管辖。其地理坐标为东经113°33'00″～113°43'39″，北纬35°23'09″～35°28'00″。东西长约15km，南北宽2．0～5．5km;面积为81．5808km2，开采标高为－330～－780m。2009年5月正式投产，设计井型240万t/年，2015年核定生产能力300万t/年。矿井总资源储量3．73亿t，可采储量1.65亿t。矿井采用立井单水平盘区式开拓，设计4个立井，分别为主井、副井中央风井和西风井，井口位置均位于井田中深部;井口标高+83．8m，车场水平标高－525m。矿井主采二叠系山西组二1煤层，煤层倾角2°～6°，煤层平均厚度5．29m，煤层无自燃倾向，无煤尘爆炸危险，属瓦斯矿井，水文地质类型为极复杂型。

1工程概述

赵固一矿16031工作面属于矿井的－525m水平，位于矿井北翼，所属盘区为西六盘区，东为16041工作面，南为16031工作面联络巷、北翼三条大巷和F16断层，西为16021工作面和F25断层尖灭端，北DF80和F15断层。工作面开采煤层为二1煤层，厚度为5．7～6．5m，平均为6．22m，煤层平均倾角为4°。工作面沿倾向布置，倾向长度为1071m(至停采线)，走向长度为110．8m，面积为118666．8m2，可采储量(3．2m)为51．56万t，服务年限为5．1个月。16031上顺槽为沿空留巷，回采侧采用“金属菱形网(柔性网)+钢丝绳+U钢柱”方式防护，顶板采用单体柱辅助支护。

2沿空留巷施工工艺

1)在上顺槽超前工作面实施深孔预裂爆破，具体如下:①爆破孔位置:在16031工作面上顺槽顶板回采侧布置一列爆破孔，孔口位置距中线2．1m。②爆破孔参数:孔径50mm，孔深为10．5m，孔口间距600mm，允许偏差±100mm，爆破孔与巷道中线垂直，向西偏5°，偏差0°～3°。③钻孔机具:MYBZ15A型液压钻机或MQT－130/3．2型锚杆钻机。④装药方式:使用2m长聚能管辅助进行装药，聚能管管壁聚能孔方向与巷道中线方向平行。⑤装药结构:每孔4节聚能管，从上向下每节聚能管装药量分别为5－3－2－1。⑥封孔:封孔长度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实。⑦每循环爆破眼数不大于15个。2)在工作面超前段顶板平行巷道中线方向补打2排U钢梁锚索加强支护。东偏巷道中线400mm打设一排单体柱作为信号柱，单体柱间距1800mm，初撑力不小于11．5MPa，单体柱直接点在顶板槽钢梁上。3)巷帮挡矸防护:挡矸支护在工作面1#架后侧施工，沿空留巷巷帮挡矸防护采用“金属菱形网(柔性网)+钢丝绳+U钢柱”的方式，具体设计如下:①金属菱形网在工作面1#～7#架前上网，金属菱形网顶部向巷道内外露200mm与巷道内原顶板支护网片相连，搭接长度不低于200mm。架前相邻网片搭接长度不小于200mm，并用双股铁丝将两层网搭接处连接在一起，其扎结点呈三花形布置，间距不超过200mm。使用柔性网上网时，柔性网长10m，宽5．2m，柔性网长边垂直巷道中线方向铺设，短边平行巷道中线方向铺设，搭接长度不低于200mm。②上第一趟网时，将双层金属菱形网直接与顶板原支护网片、钢筋梯等进行捆扎，金属网搭接长度不小于200mm，用铁丝将两层网搭接处连接在一起，其扎结点呈三花形布置，间距不超过200mm。③在工作面1#～7#架前每隔600mm上1根钢丝绳，钢丝绳一端固定在菱形网(柔性网)上，另一端固定在巷道顶板走向U钢梁上，绳头使用锁具进行固定。④平行巷道中线方向在工作面铺设7道钢丝绳，第一排距回采侧煤墙300mm，排距500mm，共铺设6道，钢丝绳十字交叉处用绳卡进行固定。在工作面7#支架处平行巷道中线方向固定第7道钢丝绳。续接钢丝绳时，钢丝绳搭接长度不得小于500mm，使用不少于2个绳卡进行固定。⑤沿空留巷内，东偏巷道中线400mm打设1排单体柱，柱距1800±100mm，允许偏差±100mm，单体柱打设在顶板槽钢梁上，初撑力不小于11．5MPa，迎山有力，直线度偏差不超过±50mm，单体柱下垫铁鞋。4)金属菱形网(柔性网)施工步骤:①将卡箍及手动绞盘安装在工作面1#～7#液压支架的前立柱上，定滑轮安装固定在液压支架的起重环上，保证定滑轮的方向与手动绞盘方向一致，每个手动绞盘上缠绕6mm钢丝绳不少于10m，一头在绞盘上固定牢固。②将每个绞盘上面安装好的钢丝绳的自由端绕过顶梁上面固定的滑轮，然后再从菱形网(柔性网)底部穿过，将绞盘钢丝绳自由端与菱形网(柔性网)连接，使用护帮板配合绞盘逐步将菱形网上至支架顶梁上。5)挡矸柱打设方式:①挡矸柱选用2段长度分别为2600mm和1900mm的U36型钢进行挡矸，采用三副卡缆进行搭接，搭接长度不低于500mm。上部的U型钢在内，下部的U型钢在外，插入底板深度不低于300mm;挡矸柱距巷道中线不小于1500mm，间距600mm，与顶板呈5°～10°打设(柱根扎向采空区)。②挡矸柱必须接顶接底，安装时先使用手拉葫芦将挡矸柱上端吊至安装位置，初步拧紧卡缆螺丝防止挡矸柱歪斜，拧紧卡缆螺丝，卡缆螺丝扭矩100N•m，不得超过150N•m。③在挡矸柱卡缆连接部位分别增加一组连接板，将相邻的U型钢连接起来，使挡矸柱形成一个整体。④巷道变形无法使用顶板U钢梁固定U钢柱时，需在巷道顶板掏柱窝，插入顶板深度不低于200mm。⑤在挡矸柱里侧铺设单层金属焊网，焊网里侧褙风筒布或阻燃布，顶部向巷道内外露200mm与巷道内原顶板支护网片相连，底部接底，钢筋焊网搭接不少于3格。使用16#镀锌铁丝将金属网固定在挡矸柱上，绑扎点间距不大于500mm，铅丝必须旋拧不得少于3圈，拧紧拧牢。

3沿空留巷维护要求

1)及时对巷道进行落底，保证巷道高度不低于2．0m。2)顶板及帮部出现失效锚索时，及时安排人员补打锚索及时支护。顶板及帮部网片出现开裂及时补联，防止掉矸伤人。3)沿空留巷内出现歪斜柱、脱根柱以及死柱时，及时改柱。

4锚索质量要求

1)锚索预紧力:21．6mm×10300mm、21．6mm×6300mm锚索不小于200kN。2)锚索允许偏差项目:孔距:±100mm。孔深:0～+200mm。外露长度:150～250mm。角度:±3°。3)每根21．6mm×10300mm、每根21．6mm×6300mm锚索使用3支Z2350型树脂锚固剂锚固。

5锚索安装工艺及要求

5．1锚索支护流程。施工前准备工作—点眼、打眼—清理钻孔—逐支装入树脂锚固剂—安装、锚固锚索—上锚索托盘及索具—用锚索张拉泵预紧锚索。5．2锚索安装工艺。根据锚索间排距定好孔位，21．6mm×10300mm锚索采用MQT－130/3．2锚杆机打眼，21．6mm×6300mm锚索采用ZQS－60/2．0S型气动手持式钻机打眼。打完眼后，装入树脂锚固剂，用钢绞线逐支轻推至孔底，安上搅拌器，用锚杆机搅拌，搅拌时间25～35s，退下锚杆机和搅拌器，等待8min后，上锚索垫板和索具，采用风动锚索预应力张拉机具紧固。5．3锚索安装要求。1)打锚索眼:按设计要求定准眼位，按要求打够眼深。2)送树脂锚固剂:向锚索孔装入树脂锚固剂，用钢绞线将锚固剂推入孔底。3)搅拌锚固剂:用搅拌器连接钢绞线与钻机，打开风马达控制扳机，缓推猛搅，将钢绞线注至设计深度。当钢绞线到达眼底时，将扳机开到最大，搅拌25～35s，以确保树脂完全混合。4)紧固锚索:使用MQ22－320/63、MQ18－320/63型矿用风动锚索张拉机具张紧锚索。5．4三径匹配。21．6mm×10300mm锚索使用MQT－130/3．2锚杆机，钻杆规格:B19×1000mm，钻头规格:28mm。21．6mm×6300mm锚索使用ZQS－60/2．0S型气动手持式钻机，配麻花钻杆，钻头使用28mm羊角钻头。锚固剂采用Z2350树脂锚固剂，直径23mm，长度500mm。钻孔直径、锚索直径、锚固剂直径“三径匹配”符合设计要求。

6矿压观测

1)在工作面前方及后方200m范围内每间隔20m建立一个测站，用于测量留巷顶底板移近量及两帮收敛量。建站后，工作面100m范围内测站每2天观测一次数据，其余每周观测1次。进入后方观测时，必须安排专人观察巷道情况，发现异常及时撤出，其他无关人员禁止进入。2)建立矿压观测台账，及时更新观测数据，发现留巷顶板下沉量超过100mm，两帮移近量超过500mm时，应及时采取措施进行维护。

7结语

目前，煤矿生产单位对沿空留巷的认识比较统一，不断优化沿空留巷工艺，创新沿空留巷施工方案，保证沿空留巷施工效果，是需要长久持续推进的工作。推行沿空留巷，不仅对生产矿井进行技术改造、缓和采掘关系和延长矿井寿命具有现实意义，而且也是使煤炭企业改善安全条件和技术经济指标，增产、增盈减亏的主要途径之一。

作者:黄志远 王优 常征征 单位:焦作煤业集团赵固(新乡)能源有限责任公司