一 问题提出
针对深部开采问题，特别是深部瓦斯面临的重大灾害隐患。进入深部开采以来，突出威胁增加、软岩支护问题、采空侧小煤柱等地压问题及地温问题日趋严重，深部开采面临巨大的安全技术挑战。而地面钻井开采煤层气技术尚不能解决深井低透气性煤层条件，实现先抽气、后采煤的资源开采方式。国内外的研究实践表明以沿空留巷的方式可以一体化解决通风降温、缓解采掘接替、简化采区系统、实现连续开采，并为高效抽采采动卸压煤层气，治理煤层群瓦斯提供最佳的工作空间，因而将开采高瓦斯、高地压、低透气性煤层群的技术难题统一起来考虑，提出了基于1252（1）综采工作面沿空留巷“Y型”通风卸压开采抽采煤层气的煤气共采技术新思路。
二“Y型”通风沿空留巷方案
1、1252（1）工作面地质概况
2、采用“Y型”通风沿空留巷原因分析
结合潘一东区矿井1252（1）工作面地质概况，根据在淮南矿区坚持科技创新瓦斯治理上形成的创新技术体系，分析得出1252（1）工作面瓦斯治理为-848深部煤层开采，采用“Y型”通风沿空留巷具有以下原因：
（1）上隅角瓦斯积聚
“Y型”通风工作面采空区的漏风主要流向留巷，从根本上解决了上隅角瓦斯积聚难题。在留巷密实性好的前提下，在留巷内距工作面切顶线一定距离或留巷未端增加流出汇(抽采覆岩卸压瓦斯或采空区埋管抽采瓦斯)，通过调节抽采量，可显著改变采空区流场结构，保证工作面上隅角瓦斯浓度处于安全允许值以下的较低值；
（2）采空区易积存大量高浓度瓦斯
“Y型”通风沿空留巷留巷密实性好，采空区内部的易积存大量高浓度瓦斯，利于实现高浓度瓦斯抽采；
（3）上部端口区域瓦斯浓度高
在保证工作面瓦斯浓度不超限的安全前提条件下，通过调节二进风巷的进风比，降低工作面的风量，减少上、下端口压差，实现上部端口区域瓦斯浓度处于较低水平；
（4）采空区瓦斯向工作面的涌入
由于工作面中没有来自采空区的漏风，避免了采空区瓦斯向工作面的涌入；
（5）高温采煤工作面
采煤工作面机电设备散热和采空区氧化热直接进入专用回风巷，工作面上、下进风巷均处于进风系统，对高温采煤工作面具有明显的降温作用。
3、“Y型”通风沿空留巷工艺
（1）沿空巷充填工艺及流程
1）“Y型”通风沿空留巷是通过混凝土输送泵泵送充填材料至工作面留巷处，留设充体墙隔离采空区并与原巷内支护共同承载形成巷道系统，因此充填体的留设要可靠连续。
2）工艺流程：材料运输、移架、架后支护（挑棚）→清理→机械立模→搅拌输送→充填→清洗泵、管路→环境清理。
清理、立模：在工作面上出口支架后方待充填区域处，清理巷道底板虚矸，调整好充填支架模板。然后在充填模型内铺上塑料膜或胶织袋，避免充填料泄漏。
搅拌输送：检查确定混凝土充填泵工作状况正常，充填前清洗管路，管路畅通后，方可进行材料的搅拌输送。进料要均匀连续，要严格控制膏体的水灰比。注意观察设备的工作压力和状况，防止管路阻塞。
充填清洗：高添量粉煤灰膏体混凝土材料进入留巷充填框架，要观察材料的平流堆积状况，材料要充满充填模并接顶充分。充填工作完成及时放清洗球用清水清洗充填管道及充填泵，清理充填泵站环境卫生。原则上清洗管道污水排入采空区，不能对工作面、两巷及留巷产生影响。拉移模板前动态观测充填体的强度和矿压显现，发现问题及时处理。
3）充填体几何尺寸及循环进度
根据混凝土膏体材料抗压强度指标，充填体的宽度选择3.0m，充填高度为2.6m，骑入巷内800mm宽度部分高度为2.8m；考虑到工作面日推进度为4.0m及充填支架模板长度，每圆班充填一次。即工作面每移架4-5个步距，充填一次；如遇顶板破碎段，视现场情况可采取两个步距或三个步距充填一次。
４）防止充填墙体向采空区滑移的抗剪锚杆加固方式
图1 防止充填墙体向采空区滑移的抗剪锚杆加固方式
1－顶板；2－底板；3－已充填墙体；4－未充填墙体；5－抗剪锚杆
L－一垛充填墙体的长度；B－充填墙体的宽度；
l、b－抗剪杆状体的间距与排距；
l1、l2、l3－顶板抗剪杆状体的全长、锚入顶板、充填墙体的长度；
l4、l5、l6－底板抗剪杆状体的全长、锚入度板、充填墙体的长度；
说明：
布置参数根据顶底板岩层性质、采动压力等条件设计，深入顶底板1.0～1.5m之间，外露长度以0.8～1.5m之间为宜，间排距一般可在0.5～1.5m之间选择；保证抗剪杆状体既能锚固在顶底板中，又可以有效限制充填体滑移；根据需要，抗剪杆状体可以倾斜一定角度布置。抗剪杆直径应不小于20mm。
5）三维加强筋加强充填墙体的方式
图2 三维加强筋加强充填墙体的方式
1－顶板；2－底板；3－已充填墙体；4－未充填墙体；5－三维加强筋
L－一垛充填墙体的长度；B－充填墙体的宽度；H－充填墙体的高度；
l－走向水平加强筋长度，长度小于一垛充填墙体300～400mm
b－横向水平加强筋长度，长度小于充填墙体宽度300～400mm；
h－纵向竖直加强筋长度，长度小于充填墙体高度300～400mm
说明：
三维加强筋布置方式为网格状，加强筋间排距为0.8～1.6m，三维加强筋宽度以待充填体宽度为限，长度以每次待充填体长度为限。
该加强筋可以是螺纹钢、圆钢、扁钢等，钢筋直径16mm以上。水平方向的加强筋也可采用直径17.8mm钢绞线。
图 3充填系统平面布置图
6）充填管路每1节进行底板和巷帮固定
①固定方法：用管卡抱紧充填管路后，分别用两根φ20mm适长锚杆固定在底板和上风巷上帮；锚杆深入巷帮的长度不小于800mm，锚杆深入底板的长度不小于600mm。
②固定示意图如图4。
图 4 巷帮、底板固定示意图
③当巷道起伏充填管路离底板距离超过600mm时，需增加底板支撑固定，支撑埋入底板约300mm，并用水泥浇灌，如图5
图 5 巷帮、底板固定示意图
（2）充填材料
沿空留巷充填材料选用膏体混凝土，其主要成份是：硅酸盐、砂子、粉煤灰及水等拌和的膏体混凝土外加添加剂。材料配方完全按照泵的工作性能及管道泵送要求确定，具有特殊性，水灰比在0.5左右，最终强度要求为不低于15MPa。膏体混凝土充填材料的运输应保持密封，有防水防潮措施；材料的加水拌和时要控制好水灰比，确保材料加水拌和后的各种工作特性，搅拌时要防止材料脱水离析，造成堵管。
（3）移架及留巷支护
1）根据现场巷道压力情况，可以采取待充填墙的距离足够以后，使用直径不小于0.2m的的双面扒皮料架设木垛，木垛规格为长×宽=2 m×1m，按照木垛首尾间距1～3m布置，扒皮料走向布置2m，倾向1m。走向挑棚按照3排布置，非回采侧靠近瓦斯抽排管位置使用2排挑棚，回采侧靠近木垛位置架设一排单体。
2）为减少老塘矸石对充填墙的冲击，在机尾5架进行联双层网。金属网（10#铁丝编制，长×宽=5.0×1.0m），金属网搭接长度不小于0.2m，两层网错距为0.2m，网扣间距为0.2m，采用16#铁丝扎接。
（4）立模
本工作面采用ZZTM3*11300/19/35H型沿空留巷模板支架，支架自行前移机械立模。充填前，要调整三块模板处于良好状态；调整好充填模板后，将充填管路架设好，准备进行充填。
（5）材料的运输
沿空留巷充填材料采用管状输送机运到充填混凝土泵,通过无缝钢管及橡胶软管充填管路输送至充填位置。进料前要认真检查确定混凝土充填泵工作状况正常，管路畅通后，可进行材料的搅拌输送，进料要均匀连续，配水要严格控制水灰比，掌握设备的工作压力，防止管路阻塞。
（6）冲洗充填泵、充填管路
当所需的物料全部泵完后，将泵料斗内物料泵净，再反泵1～2个冲程给输送管道卸压。
清除掉料斗内残余的物料。
打开泵出口用于放清洗球的三通法兰盖板，将水管插入靠近泵一端的管道，同时反泵，将S摆管和料缸清洗干净（打开盖板之前，必须先反泵一至两个冲程给输送管道卸压，防止管道内的高压伤人）。
放入两只清洗球。清洗球将管道内的物料与清洗水隔开，一方面可清洗管道内壁，一方面可防止水先带着水泥浆流走而留下砂石从而导致堵管。
泵送水，将管道内的物料用水全部推出。
管道清洗完后，再反泵运行几个冲程，将料缸内残存的水及物料吸出到料斗内。
全面清洗充填泵。
（7）充填泵位置及其他事项
鉴于设备初次使用操作不熟练，充填泵前期布置在距离工作面较近的200～250m处，随着工作面回采，职工操作熟练程度的不断提高，逐渐加大充填泵和工作面的距离
轨道顺槽布置两台充填泵，两台充填泵按照300～350m的距离布置，保证两台充填泵能接力作业。
在井下充填材料存放量不少于2～3个班使用。
充填泵布置在新鲜风巷道中，实现双回路专供电，确保充填泵连续工作；充填泵供水水压不小于5kg/cm3，水量不小于10～12m3/h。
（8）尾巷维护
为保证沿空留巷巷道能够满足通风断面要求，应及时安排专人对留巷段巷道进行卧底。卧底过程中，赤脚的单体重新补打，且不得将充填墙底部卧赤脚。
为防止充填墙体受压变形或炸裂，造成墙体漏气，充填后必须对墙体进行喷浆处理，喷层厚度为50～70mm，喷浆材料选用425#硅酸盐快硬水泥，喷浆拌料配比为：水泥：黄沙：石子=1：2：2，水灰比为45 %，速凝剂掺量为水泥重量的2.5～4 %，拌料要均匀。
为有效保证充填墙体能够支撑顶板，替换留巷段巷道单体须滞后工作面至少50m进行。
四 现场工业试验
图7 工作面矿压观测测站布置综合图
1、单体压力监测结果
根据轨道顺槽内布置的31块单体压力表监测数据显示，轨道顺槽超前支承压力影响段约为60m左右，剧烈影响范围为40m，单体压力最大为232kN。工作面后方15m处单体压力表监测数据如图8所示。
图8 工作面后方15m处顶板压力曲线
注：工作面每日进尺3~4m，图8中检测器自4月23日采集数据，此时位于工作面前方62m处。
截止5月21日，工作面已经回采240m，下图为1#单体压力表数据曲线图，由曲线可知4月26日时，即工作面回采150m时，留巷顶板压力开始趋于稳定，但此时留巷顶底、两帮变形量仍在增加，但增幅明显减弱，可见，留巷150m长时变形开始减小，240m时趋于稳定，如图8所示。
图9 工作面后方220m处顶板压力曲线
注：工作面每日进尺3~4m，图9中1#检测器自3月22日采集数据，检测压力自4月30日以后变化较小，此时距工作面150m。
2、留巷墙体竖向变形监测结果
为了掌握留巷墙体竖向变形情况，在留巷巷道内布置了4处变形监测测站，根据监测数据显示，自监测数据以来，墙体竖向变形量为20~23mm，变形量较小，目前已基本趋于稳定。
五 效果分析
1252(1)工作面是潘一东矿投产后的第一个综采工作面，采用“Y型”通风沿空留巷得到以下结论：
1)深部高瓦斯、低透气性煤与瓦斯突出煤层群开采走无煤柱沿空留巷“Y型”通风煤与瓦斯共采的道路是一个发展的新方向：利用煤层群开采条件，首采关键卸压层，采用无煤柱开采技术，实现全面卸压开采，抽采卸压瓦斯，消除煤柱应力集中，真正实现大面积区域消突；实现无煤柱开采的关键是沿空留巷，即沿采空区边缘人工构筑高强支撑体将回采巷道保留下来，解决深部开采中高地应力问题和使巷道在最低的应力环境下长期维护的问题，采用卸压抽采卸压方法，形成以留巷钻孔法连续抽采卸压瓦斯技术体系，替代浅部专用巷道法为主的抽采瓦斯技术；改变工作面传统的U型通风方式为“Y型”通风方式。
2)沿空留巷施工工艺简单，易操作，成本较低，具有较好的经济效益。同时，沿空留巷技术能够较好地实现无煤柱护巷，可以减少巷道掘进量、实现“Y型”通风方式，有效地解决高瓦斯工作面上隅角瓦斯积聚和超限的难题等，对调整采掘关系缓解接续紧张有着非常重要意义，具有良好的推广应用前景。
论文作者:杨吉山,闫涛
论文发表刊物:《基层建设》2019年第3期
论文发表时间:2019/4/28
标签：工作面论文; 瓦斯论文; 墙体论文; 采空区论文; 底板论文; 巷道论文; 管路论文; 《基层建设》2019年第3期论文;