摘要：为实现30505综采工作面回风巷高效安全留巷，针对回风巷顶板坚硬、采面矿压显现明显以及开采煤层瓦斯含量高、具有自燃发火倾向等问题，提出将高水充填留巷技术应用到30505回风巷留巷中，并通过切顶卸压方式为留巷段创造相对良好应力环境。对切顶卸压技术及高水充填留巷技术布置方案进行详细分析，并进行工程应用。现场应用后，30505回风巷留巷段围岩变形量及漏风量风均较小，取得较好留巷效果。

　　关键词：沿空留巷；高水充填材料；切顶卸压；坚硬顶板；自燃煤层

　　0引言

　　使用无煤柱开采时可提高煤炭资源采收率、减少巷道掘进工程量，对缓解矿井采掘接替紧张局面、减少巷道掘进投入以及瓦斯治理难度等方面均有显著促进意义[1-3]。但是当开采的煤层具有自燃发火倾向性时，使用沿空留巷时由于采空区漏风量较大，容易导致内遗煤发火自燃；同时采空区漏风会增加回采空间瓦斯涌出量，给采面回采安全带来一定制约[4-5]。为减少留巷段漏风量并实现留巷顶板有效控制，传统留巷技术采用膏体混凝土充填，存在有工艺复杂、强度偏低等问题，特别是在顶板坚硬煤层采煤工作面中应用时，围岩控制效果不佳；高水充填材料具备有工艺简单、充填体强度高等优势，在沿空留巷中应用呈不断增加趋势[6-8]。文中就以山西某矿30505工作面留巷为工程背景，将超高水材料应用到留巷中，并针对煤层顶板坚硬、难以垮落问题，综合采用切顶卸压技术弱化顶板，为留巷创造良好应力条件、减少围岩变形量。

　　1工程概况

　　30505工作面南北两侧分别为已回采完毕的30503采空区、圈定的30507工作面，采面回采范围内地质构造较为复杂，分布有多条落差在0.7~2.3 m的断层。30505工作面设计开采5#煤层，煤层埋深均值520 m，厚度4.0 m、倾角2°~10°,煤层结构简单，中部夹杂0~3层炭质泥岩矸石。5#煤层为煤与瓦斯突出煤层，原始瓦斯含量为12.3 m3/t、瓦斯压力为0.93 MPa，煤层具有自燃发火倾向性、煤尘具有爆炸危险性。5#煤层顶底板均为稳定的砂质泥岩、粉砂岩、灰岩，其中直接顶为厚度6.5 m的K2灰岩、密实且坚硬。

　　由于5#煤层瓦斯含量大，为减少瓦斯治理投入并环节矿井采掘接替紧张问题，提出将30505回风巷保留下来作为邻近的30507工作面运输巷使用。具体30505回风巷设计为矩形断面，巷宽5.5 m、巷高3.5 m，采用锚网索支护方式，具体巷道支护参数如表1所示；顶板采用锚杆+锚索+钢筋网+W钢带支护方式，巷帮用锚杆+钢筋网+W钢带支护方式，顶板及巷帮支护用锚杆规格及间排距保持一致。由于5#煤层顶板坚硬，煤层具备有自燃发火倾向性且采面开采区域地质构造复杂、采空区内遗煤量大，导致30505回风巷留巷期间采空区瓦斯外溢、遗煤自燃问题突出，且顶板垮落时矿压显现明显。为此，提出采用切顶卸压方式实现采空区顶板弱化，通过高水充填方式支持顶板并解决采空区漏风大问题。

　　2高水充填留巷技术

　　为解决30505采面工作面顶板坚硬、采空区顶板垮落时矿压显现显著以及留巷段围岩应力集中等问题，提出在留巷前首先使用布置一排切顶卸压钻孔，确保采空区顶板可沿着切顶线垮落，从而降低采空区顶板弯曲、垮落等对留巷段影响；采用高水充填材料砌筑充填墙体，给留巷段顶板较大的支撑力，减少留巷段围岩变形量并解决留巷段漏风量大问题。

　　2.1切顶卸压钻孔布置

　　通过在30505回风巷布置切顶钻孔，切断采空区顶板与留巷段顶板间应力传递路径，从而减少留巷段围岩变形量及围岩控制难度。5#煤层回采后，顶板垮落矸石碎胀后支撑采空区上覆顶板，根据现有研究成果，切顶高度（HF）可通过公式（1）计算：

　　式中：Hm为采面采高，取值4.0 m；ΔH1、ΔH2分别表示回采空间顶底板变形量，mm；K为顶板岩石碎胀系数，取值1.5 m。由于ΔH1、ΔH2取值均较小，因此可将公式（1）简化为：HF=Hm/（K-1）。

　　30505综采工作面采高为4 m、顶板垮落后碎胀系数为1.5，则计算得到的切顶高度HF=8.0 m。

　　在30505回风巷顶板靠近采空区帮200 mm位置施工切顶钻孔，钻孔向采空区方向有15°倾角，钻孔布置间距为1 000 mm，切顶钻孔施工完成后单个钻孔放入3.2 kg煤矿许用三级乳化炸药，并采用正向装药方式，钻孔封孔深度为2 m。具体切顶钻孔布置参数见表1所示。钻孔布置情况如图1所示。

　　2.2充填留巷施工工艺

　　2.2.1高水充填材料

　　在30505回风巷留巷段采用高水充填材料砌筑墙体，强化顶板支护强度并减少采空区漏风、有害气体外溢量。采用的高水充填材料组分包括有甲、乙两种材料，分别加水搅拌允许，在充填前使用搅拌设备将甲、乙两种材料均匀搅拌。通过调整高水充填材料水灰比可调节充填强度抗压强度，水灰比越小则抗压强度越高，一般充填完成7 d后充填墙体强度即可达到终凝强度。依据30505综采工作面回采期间矿压显现情况确定高水充填水灰比，具体应用情况如表2所示。

　　2.2.2高水充填工艺

　　30505回风巷使用的高水充填系统结构组成见图2所示，系统组成设备包括搅拌桶、吸浆管、充填泵、出浆管路以及混料器等构成。30505综采工作面设计推进长度较30507综采工作面长120 m，30505回风巷在初期回采期间不需要留巷，在靠近30507综采工作面切眼位置时需要通过切顶卸压+高水充填方式留巷。在30505综采工作面推进距30507切眼15 m位置时，将液压支架移架到留巷位置，实现顶板有效支撑；同时在支撑上方铺设金属网，避免顶板矸石冒落，为高水充填工作开展创造安全环境。

　　30505综采工作面推进距30507切眼9 m时即在开始充填位置后方架设2架木垛，实现顶板支撑；在30505综采工作面推进距30507切眼间距为5 m时开始架设柔性模板并向模板内充填高水材料，充填体砌筑宽度1.8 m、高度3.5 m，具体如图3所示，通过砌筑充填体可将30505回风巷与原有采空区隔开。随着30505综采工作面不断推进，在回风巷靠近采空区帮砌筑宽度1.5 m、高度3.5 m充填体，回风巷留巷段除去充填体占用空间外，净宽剩余3.5 m，巷道断面可满足后续使用需要。

　　2.3应用效果分析

　　在30505回风巷采用高水充填留巷技术后，布置测点对回风巷留巷段围岩变形量进行跟踪监测，在监测期间（180 d）围岩变形呈现先快速增加、后缓慢降低、最后基本趋势稳定趋势，高水充填体与留巷段顶板接触密实，可实现顶板有效支撑且充填墙体基本不出现变形；监测发现留巷段顶底板、两帮最大变形量分别为78、56 mm，其中底板底鼓量为43 mm、煤体帮变形量为31 mm。

　　留巷段高水充填墙体与顶底板紧密接触，可减少甚至杜绝回风巷与30505采空区漏问题，留巷段内及邻近采空区内未监测到CO，留巷段内瓦斯浓度（体积分数）始终在0.45%以内，未出现采空区漏风或者采空区瓦斯外溢严重等问题。

　　3结语

　　30505综采工作面回采的5#煤层瓦斯含量大、瓦斯压力高，为突出煤层，矿井煤炭回采时瓦斯治理耗时长，采掘失衡问题较为突出。为缓解矿井采掘接替紧张局面，减少巷道掘进工程量、瓦斯治理成本并避免邻近采空区遗煤自燃问题，提出在30505回风巷采用充填留巷技术将巷道保留下来为30507综采工作面生产服务。
       由于5#煤层顶板坚硬，采面回采期间矿压显现明显，为给回风巷留巷创造良好应力环境，采用切顶卸压方式切断留巷段顶板与采空区顶板间应力传递路径；在30505回风巷采空区帮位置采用高水充填材料构筑宽1.5 m、高3.5 m充填体，在矿压显现异常区将充填材料水灰质量比设计为0.8:1、矿压显现正常区充填材料水灰质量比调整为1.5:1，并对高水充填技术方案进行阐述。

　　现场应用后，30505回风巷留巷段围岩变形量较小，其中顶底板、巷帮最大变形量分别为78、56 mm；留巷段漏风量也较小，可有效解决采空区遗煤自燃发火、采空区瓦斯涌出量大等问题。

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