综放沿空留巷技术在东峰煤矿应用研究

摘要：为适应煤炭行业新常态，根据《山西省煤矿现代化矿井标准》第四条要求 “坚持开发与保护并重的原则，合理确定开采顺序，不断优化矿井和采区设计，科学合理开发煤炭资源。对稀缺和特殊煤种实行保护性开发。积极推广采煤新工艺、新技术，积极探索应用无煤柱开采、小煤柱开采、充填式开采、沿空留巷、急倾斜煤层和0.7m以下极薄煤层采煤机械化开采技术”。本文重点研究综放沿空留巷技术在东峰煤矿应用。

关键词：沿空留巷技术；应用

1概述

东峰煤矿3号煤回采工作面采用U型通风及巷道布置方式，这种通风及巷道布置方式存在如下问题：

（1）每个工作面布置2条顺槽，掘进速度慢，掘进率高，采掘接续紧张；

（2）每个工作面留设30m煤柱，采出率低，矿井可采储量损失严重，缩短矿井服务年限；

（3）高瓦斯煤层综放开采，工作面瓦斯涌出量大，上隅角瓦斯易积聚，不利于矿井安全高效生产；

（4）高瓦斯煤巷掘进成本高，不利于矿井降本增效。

为此，东峰煤矿亟需采用沿空留巷Y型通风技术解决上述问题。

2沿空留巷的意义

（1）每个回采工作面可以少掘1条顺槽，回采巷道掘进率降低40%以上，极大缓解矿井采掘衔接矛盾；

（2）取消30m煤柱，提高区段采出率15%以上，延长矿井服务年限；

（3）取消“跳采”，实现连续开采，有利于生产集中化；

（4）回采工作面采用两进一回Y型通风方式，消除了回风隅角瓦斯积聚，有助于工作面安全高效生产；

（5）留巷钻孔持续预抽下一工作面煤层瓦斯，延长了抽采时间，降低了煤层瓦斯含量，有助于实现高瓦斯煤层的“低瓦斯开采”；

（6）改善矿井技术经济指标。

为此，决定在东峰煤矿3G02工作面轨道顺槽进行柔模混凝土沿空留巷，将轨道顺槽保留下来，作为3G01工作面的轨道顺槽。

3沿空留巷地质与开采条件分析

3.1工作面地质条件

3.1.1沿空留巷位置

在3G02工作面轨道顺槽进行沿空留巷，将轨道顺槽保留下来，作为3G01工作面的回风顺槽，沿空留巷总长度为616m。3G02工作面采用两进一回Y型通风，运输顺槽为主进风巷，轨道顺槽为辅助进风巷，通过留巷、3G02工作面回风巷进行回风。3G02工作面工程平面见图2.1。

3.1.2煤层赋存情况

3.1.3顶底板情况

3G02工作面顶底板岩性见表2.2，根据2014年编制的《东峰煤矿生产矿井地质报告》，1号测井岩石物理力学性能参数见附录1；根据大巷掘进揭露的岩石，实测3#煤顶底板和煤体的力学参数见附录2。

3.1.4地质构造

3G02工作面地质构造较简单，工作面地层产状整体为一单斜构造。无断层、陷落柱等特殊地质构造，较为适合沿空留巷

3.1.5水文地质条件

根据本采区水文地质情况及一采区3106工作面、3110工作面回采情况分析，影响本工作面涌水量的主要因素为顶板水，不受底板水、钻孔水及地面水的危险，本井田内揭露的陷落柱均未出现导水现象。

顶板水为碎屑岩裂隙含水层，K7、K8砂岩及3号煤顶板砂岩裂隙含水层构成3号煤层的充水水源。岩性以中粒砂岩为主，局部砂岩裂隙发育，井田内补2-1号钻孔对该含水层进行了抽水试验，单位涌水量0.0011L/s.m，渗透系数0.0047m/d，水位标高+925.71m，水质类型为HCO3·SO4-Ca·Mg型。3110工作面回采时涌水量为3～7 m3/h，3106工作面回采时涌水量为2.5～5m3/h。回采与留巷过程中，应按有关规定设置排水管路、设备、水槽、沉淀池等防排水设施，加强排水，减轻水对留巷底板的弱化作用。2.1.6影响回采与留巷的其他因素

表2.3影响回采与留巷的其他因素

瓦斯根据河南理工大学2015年7月份提供的报告，一采区北部3号煤层瓦斯含量最大取6.54m3/t，根据含量预测3G02工作面瓦斯涌出量为7.42m3/min。

煤尘根据山西省煤炭工业局综合测试中心于2014年4月18日所做的3#煤层爆炸性检验报告：3#煤尘火焰长度0mm，无爆炸性。

自燃倾向性根据山西省煤炭工业局综合测试中心于2014年4月21日所做的3#煤层自燃倾向性检验报告：3#煤层吸氧量0.95m3/g，自燃倾向性Ⅲ级，为不易自燃。

3.2工作面开采条件

3.2.1采煤工艺

3G02工作面采用倾向长壁综采放顶煤采煤方法，全部跨落法管理顶板。工作面走向长度216m，倾向长度756m。

（1）工艺顺序

双滚筒采煤机斜切进刀割煤→刮板输送机运煤→拉移支架支护顶板→推移前刮板输送机→放顶煤→拉后刮板输送机。在顶板破碎时，及时移架护顶、护帮。

（2）割煤

采用MG200/500-WD型双滚筒联合采煤机螺旋滚筒割煤。

（3）装煤

采煤机螺旋滚筒配合SGZ730/500型刮板输送机，运输顺槽采用一部SZZ764/200型转载机、一部PCM132型破碎机及一部DSJ100/100/2×160型可伸缩式膠带输送机。

（4）运煤系统

工作面前（后）刮板输送机→转载机→可伸缩式胶带输送机→北胶带大巷→中央煤仓→主斜井胶带输送机→地面。

（5）工作面支护

工作面采用一组ZFTZ7200/21/32型端头支架，机头3架ZFG4800/20/32型过渡支架，机尾3架ZFG4800/20/32型过渡支架，中部138架ZFS4400/17/28型中间支架。工作面液压支架技术参数见表2.5。

3.2.2作业方式

工作面实行三八作业制，两班生产，一班检修。日回采推进度为2.4m。

3.3沿空留巷围岩变形量预计

3.3.1反映顶底板收敛量的影响因素的多元回归公式

德国埃森研究院通过对260个沿空留巷采煤工作面的统计，得出反映顶底板最终收敛量影响因素的回归公式。该公式的主要影响因素是：采深（H）、采高（M）、底板岩性指数（GL）、巷旁充填指数（SV）和巷道初始高度。

式中 KEV—顶底板收敛率，即顶底板收敛量与巷道初始高度之比，%；

SV—巷旁充填指数，SV=1，刚性支护；SV=2，木垛支护；SV=3，无巷旁支护；

GL—底板岩性指数，GL=1，砂岩；GL=2，砂页岩；GL=3，泥页岩；GL=4，植物根体化石；GL=5，煤；GL=6，煤、泥页岩、植物根体互层，各层厚度小于20cm。

该回归公式的相关系数达93%，标准差为巷道初始高度的3%，说明其他因素的影响不大。

3.3.2回采巷道围岩变形分配

沿空留巷的围岩变形主要表现为顶底板移近，顶底板移近包括顶板下沉和底鼓两部分。埃森研究院通过对60条回采巷道底鼓的统计分析，发现底鼓占总顶底板收敛率的百分数，简称底鼓率（SH），它与相关因素的关系为：

3G02工作面的地质和开采技术参数见表2.6。

将巷道初始高度2.8m带入上述公式中可得，沿空留巷顶底板总移近量为0～18.4cm，底鼓量为0～3cm（不包括墙体钻底情况）

4沿空留巷技术在东峰煤矿应用效果

4.1沿空留巷的技术效果

（1）降低巷道掘进率。每个回采工作面可以少掘1条顺槽，回采巷道掘进率降低40%以上，极大地缓解了矿井采掘衔接矛盾。

（2）提高资源采出率。回收30m区段护巷煤柱，提高工作面采出率15%，延长了矿井服务年限。

（3）改善矿井生产条件。沿空留巷易于实现穿梭回采，使回采工作在时间和空间上连续进行，有利于生产集中化。对于地质条件复杂的采区，沿空留巷有可能避免因地质变化而造成的停采待掘。

（4）改善矿井安全条件。回采工作面全部采用Y型通风，消除回风隅角瓦斯积聚，确保工作面安全高效生产；利用留巷作为瓦斯治理通道，提前预抽相邻工作面煤层瓦斯，延长了抽采时间，降低了煤层瓦斯含量，缓解了矿井采抽衔接矛盾；利用留巷作为临时水仓，在留巷低洼位置处布置抽排水泵站，持续抽排采空区积水，防止本工作面或相邻工作面透水；减少了掘巷空顶作业，降低了冒顶、片帮几率，有利于矿井安全；皮带输送机和移变设备分别布置在主进风巷和辅助进风巷内，皮带巷宽度缩小，有助于降低掘巷成本，提高掘巷速度，更好地维护巷道；消除煤柱影响区的应力集中，有利于邻近突出层的卸压开采，防止煤与瓦斯突出和冲击地压；实现了无煤柱开采，最大限度地减少了采空区遗煤，降低了矿井自然发火几率，有利于矿井防止内因火灾。

4.2 3G02工作面经济效益

（1）煤柱效益.3G02工作面回采616m，煤层平均厚度5.96m，采出率0.8，密度1.42t/m3，煤柱30m，采用沿空留巷以后，共计多回收煤炭资源12.5万吨，吨煤利税按照100元计算，回收煤柱创造经济效益1250万元。

（2）少掘巷效益.3G01工作面可以少掘进1条回风顺槽，少掘巷道750m（包括回采长度、回风绕道和车场等），顺槽掘进费5000元/m，掘巷总费用为375万元，即少掘巷就可创造经济效益375万元。

沿空留巷工程费用：沿空留巷长度为616m，留巷工程费用为5022元/m，则该工作面所需的沿空留巷费用为309.4万元。综上所述，3G02工作面沿空留巷预计可产生经济效益1315.6万元。

4.3沿空留巷的社会效益

4.3.1提高了沿空留巷支护的可靠性，消除了回风隅角瓦斯积聚，减少了采空区遗煤，有利于矿井安全生产

柔模混凝土沿空留巷支护技术，以大量实测地质力学参数为基础，理论分析和数值模拟试验为参考，实施顶板分级管理和动态信息设计，采用高性能柔模混凝土支护，使用性能稳定可靠的柔模混凝土制备输送机组等施工机具，并进行施工工艺优化，全面、系统地进行施工质量检测与矿压监测，及时判断围岩稳定性并修正支护设计，显著提高了沿空留巷支护的可靠性和安全程度，同时沿空留巷可以降低巷道掘进率15%以上，有效的遏制了我国煤矿顶板事故的发生，对改善我国煤矿安全状况起到重要作用。沿空留巷实现了采煤工作面两进一回Y型通风，消除了回风隅角瓦斯积聚；沿空留巷实现了无煤柱开采，消除了煤柱影响区的应力集中，有利于防止矿井发生冲击矿压或煤与瓦斯突出，从根源上改善矿井安全生产环境。沿空留巷减少了采空区遗煤，从根源上降低了矿井自然发火的几率，有利于自燃煤层和容易自燃煤层的安全开采。采区内部实现连续开采，简化了生产系统，矿井开采安全可靠性显著提高，向本质安全型矿井的建设目标迈进了一大步。

4.3.2机械化施工，降低了工人劳动强度，提高了施工效率，有利于礦井高效生产

柔模混凝土沿空留巷在地面建立干混料搅拌站，井下建立混凝土泵站，在待浇筑空间采用柔模沿空留巷支架进行支护、挡矸、切顶、挂模，全过程实现了机械化，大大降低了工人劳动强度，提高了施工效率，采煤与留巷平行作业，有利于矿井高产高效。

4.3.3取消护巷煤柱，实现无煤柱开采，延长矿区服务年限，有利于矿井高回收开采

采用沿空留巷技术以后，首先取消或回收了相邻工作面间的护巷煤柱，在本工作面实现了无煤柱开采；沿空保留回撤通道，作为回收采区大巷煤柱的回采巷道，最终实现采区内无煤柱开采；对于开采煤层群的矿井，在首采层进行无煤柱开采以后，可以消除相邻煤层内的应力集中，最终实现了相邻煤层的完全无煤柱开采。在一个矿井内全部实现了无煤柱开采以后，就实现了煤炭资源的完全开采，最大限度地开发和利用了有限的资源，有助于社会的可持续发展。

5结论

综上所述，柔模混凝土沿空留巷技术取得了一些列技术水平高、实用性强的研究成果。通过“产学研”相结合，煤矿企业积极试验和推广应用，以及技术交流会、研讨会等手段使综放柔模沿空留巷技术已经扩散渗透到全国各大矿区，对全国煤炭行业起到了很好的技术辐射效应，带动全国煤矿技术水平跃上一个新的台阶。此外，在柔模混凝土沿空留巷支护技术研究、试验过程中，培养了一大批工程技术人员，提高了他们的技术水平和整体业务素质。形成了沿空留巷成套设备、材料等新产品，提供了大量就业机会。总之，柔模混凝土沿空留巷支护技术对推动我国煤矿技术的进步和发展具有重大意义。

参考文献：略

作者简介：孔晋刚（1976.09—），男，汉族，山西省晋城市，工程师，研究方向：采煤技术