薄煤层及中厚煤层沿空留巷的关键工艺技术

薄煤层及中厚煤层沿空留巷的关键工艺技术

朱振伟,梁振,董振,朱奕秋,翟洪诚

山东省新汶矿业集团翟镇煤矿，山东 新泰 271204

摘  要：为提高煤炭回收率、降低开采成本。以“110工法”沿空留巷技术为基础，探索升级“新型留巷技术”，旨在将采掘有机统一，变被动“支”为主动“切”与“支”，变传统“一面双巷”为“一面单巷”，取消区段煤柱，实现无煤柱开采，使矿山压力变害为利。我矿针对薄煤层及中厚煤层特性，通过“支护、切顶、封堵”等措施，确保留巷顶板拉的住、预裂爆破切的开、采空区封的严护的住，实现巷道重复利用。

关键词：“110工法”、“一面双巷”、“一面单巷”、巷道重复利用

0引  言

1  工作原理

通过在沿空留巷工作开展，不断总结摸索经验，根据顶板岩性及矿压位移变化优化了护、切、挡、封等关键施工工艺，分别在薄煤层及中厚煤层开展沿空留巷施工工艺，确保巷道成型质量。

1.顶板支护拉得住：目前沿空留巷采用全锚索+注浆锚索+锚索桁架支护顶板。通过优化支护参数，提高顶板的整体强度，达到留巷不变形，巷道二次使用后满足新型超前支护需求。

2.预裂爆破切得开：巷道按照聚能管超前预裂爆方式，达到切顶一条线，切断顶板传递压力减少留巷顶板强度。

3.采空区冒落下得：来巷道切顶后，确保采空区充分冒落，杜绝悬顶的存在。巷旁加强支护挡矸，防止喷矸。

4.护帮挡杆支护强：巷道切顶后采空区冒落充实后，与采空区进行有效隔离。对巷旁加强支护，确保巷道成型完整。

5.巷旁封堵封得严：巷道留巷后对采空区进行封堵，杜绝有害气体的外漏、巷道漏风。

2施工技术方案

1.支：顶板支护拉得住。目前根据顶板岩性在沿空留巷采用全锚索+注浆锚索+锚索桁架支护顶板。补强锚索超前打设30米，注浆锚索超前80米打设，50米注浆。利用十字测点、顶板离层仪、帮部钻孔应力监测、锚杆（锚索）应力监测等检测手段观测沿空留巷及超前支护顶板变化，每周进行分析。通过优化支护参数，提高顶板的整体强度，达到留巷不变形，巷道二次使用后满足新型超前支护需求。

2.切：超前切顶切的开。巷道按照聚能管超前预裂爆方式，达到切顶一条线，切断顶板传递压力减少留巷顶板强度，为确保留巷侧老塘顶板充分冒落，采用超前预裂爆破施工，经多次实验，10m眼深断顶效果明显。

2.1切：超前切顶切的开。11503W工作面试验囊袋式封堵，均未冲孔，封孔效果较好，爆破在切顶孔内100%释放。装药时间：平均每孔装药8-9分钟，5个孔约40-45分钟。（5个孔一组起爆）

封堵时间：囊袋式封堵：平均每孔注浆2-3分钟。5个孔注浆约70-75分钟。（等待凝固时间60分钟，后期试验持续缩短凝固时间）。通过后期优化封堵时间确定为30分钟，相比原计划时间提升50%。

3.护:护帮挡杆支护强。巷道切顶后采空区冒落充实后，与采空区进行有效隔离。对巷旁加强支护，确保巷道成型完整。对中厚煤层两排单体支护+“井”型木垛进行优化，通过对6403W1矿压观测数据分析，巷道位移变化基本稳定，木垛受压变形较小，随工作面推进，取消“井”字形木垛支护，原木垛支护暂不回撤。

通过6403W1工作面矿压分析，沿空留巷内距离工作面22-30m移近速度在3-4mm/d左右，随工作面推进60-100m范围内移近速度逐步稳定在1-2mm/d左右。沿空留巷100m后顶底板位移量趋于稳定，从距离工作面100m后通过扩大单体支护间距回撤单体，在减小巷中单体密集支护期间，“十字测点”间距修改为10米，每天观测沿空留巷矿压数据变化。目前观测暂无变化。切顶单体里侧打设一排接顶钢棚，间距0.6米，柱窝0.2-0.3米，倾角10-15°，单体迎山打设，与钢棚成三角支设，稳固钢棚护矸及顶板压力。

4施工亮点

1.履带式钻车代替普通锚杆机。采用履带式钻车代替普通锚杆机打设切顶眼。通过对两种打眼机具效率对比分析，履带式钻机每打设一个6m的炮眼，比锚杆钻机节约20分钟，打眼效率提高近30%，按每班6小时计算，可多打设2个炮眼。并且采用履带式钻机打眼时可减少施工人员1人。

2.囊袋式封堵的使用。通过与安徽科技大学合作，针对切顶眼封堵时间长、封堵效果差的问题继续了改进。（1）传统的炮泥封堵：平均每孔封堵15-20分钟。5个孔约75-100分钟。（2）堵漏王封堵：平均每孔封堵20-25分钟。5个孔约100-125分钟。（3）囊袋式封堵：平均每孔注浆2-3分钟，等待凝固时间1小时，5个孔注浆约70-75分钟。根据所用时间及效果对比：囊袋封堵>堵漏王>炮泥。囊袋式封堵在凝固时间1小时情况下仍比堵漏王与炮泥时间短。后期我们将持续研究，缩短囊袋封堵凝固时间，并推广使用。

3.优化装药结构及装药数量。通过囊袋式封堵实验成功，切顶爆破在孔内100%释放。在切顶效果不变的情况下，我们根据不同煤层，不同岩性合理优化了装药数量。后组十五层由原来6支雷管优化为5支，四层6403W1

工作面由原来12支改为9支。减少了雷管的投入，提高了爆破效率。

4.顶板支护的优化。吸取薄煤层沿空留巷的成功经验，我们在四层中厚煤层进行沿空留巷施工，持续优化了顶板支护参数。（1）逐步取消了中厚煤层木垛的加强支护。（2）通过扩大第二排单体支护间距，减少单体支护的投入。（3）巷道补强锚索与切顶眼的间距优化为1.2-1.5m之间，当切顶孔距巷道顶板锚索支护间距小于20cm时，切顶孔按采用80-85°打设，杜绝了切顶爆破对顶板支护的破坏。提高了沿空留巷支护效率。

5.顶板在线监测的应用。通过“十字测点、数显式顶板离层仪、帮部钻孔应力监测、锚杆（锚索）应力监测、普通顶板离层仪监测”等监测手段，全面监测轨道巷应力变化情况，监测数据实时传输至井上电脑终端，用于系统分析应力变化情况，便于矿压数据的分析对比，及时有效控制现场顶板。应用了辅助监测等手段，可以有效监测、分析巷道应力变化，数据采用“人工统计”与“数显上传”等两种方式进行，使数据监测更具有有效性、真实性、实时性。通过数据的变化分析，对顶板做到了动态管控。

5经济与社会效益

1.安全性：减少人员投入。（1）通过实施新型超前支护，同比传统超前支护，单班单面减少采煤人员4人，全矿单班减少12人，年减少人工费用115.2万元。（2）新型沿空留巷取消区段煤柱，切断顶板压力传递，减少应力集中，实现安全开采。同时增加了回采顺槽有效空间，提升了安全生产标准化水平。

2.技术性：实现单翼采区工作面无缝接续，缓解生产接续紧张局面；不断优化施工方案，减少劳动强度和劳动时间。单个工作面减少掘进顺槽1条，降低了万吨掘进率，根据测算情况，通过实施“110工法”沿空留巷，同比新掘巷道减少投入64万元。

3.经济性：提高煤炭资源回收率。通过实施“110工法”沿空留巷，由留设区段煤柱优化为无煤柱开采，煤炭回收率提高至98％。后组煤平均每米利润约0.9万元，前组煤平均每米利润1.3万元，累计沿空留巷实现利润1450万元。