短壁连采密实充填支护工艺优化

杨瑞 郭鑫 周传超

【摘  要】本文以某矿F7401E短壁胶结充填工作面为工程研究背景，通过支护工艺优化，实现了“三天掘进一条支巷、充填一条的支巷”的目标，月单进达到570m，并且通过现场表面位移和顶板离层仪观测，巷道均无明显变形，该项研究成果可为“三下一上”资源开采，尤其是断层构造区不规则块段资源高效经济回收具有较高的推广应用价值。

【关键词】充填工艺;支护优化;矿压观测;巷道掘进

1 工程概况

F7401E工作面位于七采扩大区南部，工作面整体为一单斜构造，区内中小断层发育。该工作面平均煤厚3.3m，煤层结构简单，属于结构简单、厚度稳定的中厚煤层;工作面老顶为细砂岩，平均8.25m，直接顶为粉砂岩，平均0.9m，岩石硬度f=3.0;直接底为粉砂岩，平均3.4m，岩石硬度f=3.0;老底为细砂岩，平均3.95m，岩石硬度f=4.0。顶底板岩性特征图如图1所示。

工作面地表对应位置为泰新路以北，董家庄以西农田，埋深498m-597m，属于典型的“三下”压煤浅部煤层开采。为保证安全高效开采，采用短壁胶结充填工作面布置，即将工作面按走向划分为若干条倾向巷道，由里向外编号1.2.3.4.5.6……奇数巷为支巷，偶数巷为煤柱巷。每个支巷（煤柱巷）长度57m，支巷（煤柱巷）施工时，下巷开门掘进施工至上巷贯通。支巷（煤柱巷）掘进施工完毕后，及时对巷道开门点进行封堵，准备留作充填使用。同时，考虑巷道充填效果及综掘机的散热情况，将工作面布置为伪倾斜，倾角平均为17°。

2 支护工艺优化

2.1支巷支护优化

原支护方案：巷道顶板使用4500mm新型“W钢带+金属菱形网”护顶，顶板每排打设锚杆5根，肩角2根锚杆采用直径20mm、长度2200mm的等强螺纹钢树脂锚杆护顶，打设角度与顶板成30°夹角;其余3根锚杆采用直径20mm、长度2000mm等强螺纹钢树脂锚杆，垂直于顶板打设，锚杆间距1000mm;巷道两帮采用“3根直径30mm、长度1800mm的等强螺纹钢式树脂锚杆+新型W护帮钢带压金属菱形网（塑料网）”护帮，每排打设3根锚杆，帮部锚杆间距950mm，顶板、两帮的排距为900mm。

现支护方案：顶板创新使用废旧4寸管子加工的管子钢带及废旧塑料网;顶板锚杆长度由原来的2200mm改为2000mm，两帮使用废旧皮带加工的皮

帶网配合木锚盘支护，方便综掘机截割，每排打设2根锚杆，帮部锚杆间距1200mm，顶板、两帮的排距为1100mm。

开门及贯通各两排顶板锚带采用全锚索支护，锚索选用直径17.8mm×4m锚索，开门及贯通5m范围内，顶板排距缩至900mm。顶板破碎严重易形成网兜时，顶板敷设双层金属网护顶，顶板破碎严重且有淋水时采用“上金属网+下塑料网”的双网方式护顶。

2.2 煤柱巷支护优化

原支护方案：巷道顶板与原支巷支护方式一致，两帮采用木锚杆支护。

现支护方案：巷道顶板与现支巷支护方式一致，两帮不用支护，具体支护示意图

3 矿压监测

3.1充填密实性

通过理论计算及现场实测，核实充填支巷、煤柱巷所需的充填量，确保充填体接顶严实，同时为保证充填效果，对充填体强度进行检测，抗压强度达到2.5MPa，可有效支撑上覆顶板，从而有效控制地表沉陷。

3.2 巷道位移监测

在工作面充矸巷、运输巷加密矿压观测点，除每25m布置一组顶板离层仪及十字测点以外，购置了钻孔应力计、锚杆锚索应力传感器、顶板位移传感器，每25m设置一条矿压监测线，实现矿压数据在线传输。具体监测方式如图10所示，同时支巷上缩口的煤柱制定回收方案，避免应力集中，通过现场实测，顶板离层仪读数均小于10mm，顶底板移近量小于20mm，两帮移近量小于20cm，巷道无明显的变形。

3.3地表变形监测

为了观测短壁胶结充填巷采对地表的影响程度，在七采扩大区布置了两条测线，采用高清电子水准仪和GPS对地表进行了观测，地面无下沉值。

4结论

1）短壁连采密实充填工艺是基于资源开发与生态保护互相协调的一种新型开采工艺，可实现“三下一上”资源，尤其是断层构造区不规则块段资源高效经济回收，仅七采扩大区创造效益10022.14万元。

2）通过支护参数优化，有效提高掘进效率，实现三天掘进一条支巷，掘进单进达到570米，且通过矿压观测，顶板及地面均无较大变形。

3）该技术成熟后可解放工广压煤、村庄下压煤等可采资源600多万吨，延长矿井服务年限4年。