李庆福1 尹炳合1 惠兴田2
1.山西原平龙矿集团盘道煤业 034100；
2.西安科技大学 710054
摘要：盘道矿井具有良好的地质条件和开采条件，选择装配隔离墙沿空留巷方案技术可行，在实践中采取加强强支护与卸压支护相结合等综合支护方式，较好的控制了顶板变形，同时研制了机械手、龙门式起吊快速装配设备，提高了施工效率，为沿空留巷工程的进一步推广应用提供了宝贵的经验。
关键词：预应力装配隔离墙；沿空留巷。
1工程概况
1.1留巷工作面概况
盘道煤业位于晋北黄土高原，宁武煤田轩岗矿区的东北部，批准矿井开采2～5号煤层，现回采煤层为2号煤，生产规模为120万t/a，低瓦斯矿井，自燃倾向等级二级，自燃发火期4—6个月，水文地质类型为中等，井田构造类型为中等。
3203工作面区域内的2#煤层为井田内主要可采煤层，位于太原组顶部，上距山西组底部灰白色中细砂岩7～7.5m，全区厚度、层位稳定。该区煤层厚4.0～4.7m，平均4.35m，含1～2层夹矸，厚度0.70～1.20m，平均厚度0.95m。煤层走向近南北，倾向西，倾角8-18°，平均12°。
2#煤层上下分层，宏观煤岩特征差异明显，上分层主要为光亮型，偶见直径为0.1m的黄铁矿结核；下分层各种类型均有，且横向变化明显，为暗淡型和半暗淡型，煤层普氏硬度系数f=0.9。
1.2 沿空留巷巷道概况
沿空留巷为3203工作面的3203材料巷，巷道支护方式为锚网支护，巷道断面为4.4*3.5m矩形，3203回采结束后，本巷道作为3205面的运输巷。
3203材料巷掘进过程中揭露落差1.5米、2米正断层共两条，对沿空留巷会造成一定影响，需加强断层区域的支护。
2 方案论证
2.1 国内外隔离墙技术分析
盘道煤业具有比较良好的地质条件和开采条件，沿空留巷技术可行。
国内沿空留巷技术本身已经走向成熟。比较常用的沿空留巷隔离墙技术主要有：高水充填护巷技术，现浇混凝土成墙技术和预制块砌墙等技术，以上方案各有优缺点。
高水充填材料护巷技术：显著的优点是远距离输送和快速凝固。但墙体材料强度低，材料用量大，大多数情况下不能就地取材，材料成本高。施工方面形成的墙体太厚，在采空区侧临时支护和工作人员实施作业时存在安全隐患，不适合高效回采工作面。
现浇混凝土成墙技术：就地取材，材料成本低。但地面干拌和现场施工多次粉尘污染，尤其是巷道内粉尘过大既影响工作人员身体健康又存在安全隐患。另一方面，混凝土输送距离有限，施工辅助材料成本高，工作人员劳动强度大，而且墙体达到设计强度需要一定的时间。泵送混凝土充填沿空留巷环节多，施工复杂，柔模和辅助材料成本高，不能满足高效快速回采需要。
预制块砌墙技术：国内现有的常规预制块隔离墙基本是用预制块简单的堆砌，施工工艺简单、成本低。国际上主流的沿空留巷隔离墙技术也有三种，第一种是主要以有机和无机材料混合的方式，第二种是以普通水泥为主要成份的水硬性材料，第三种是以预制混凝土砌块配合机械化装配施工。
2.2 预应力砌块装配式隔离墙技术特点
西安科技大学在无煤柱开采方面具有领先成果。惠兴田课题组具有26年煤矿顺槽支护技术研究经验，是煤矿开采掘进研究的先导者。共完成沿空留巷相关项目16项。课题组积累了比较丰富的现场经验并总结了一些核心理论。获得专利13项。科研方面获得国际领先1项，国际先进3项，国内首创2项。国家级奖项2项，省级奖项4项，厅局级奖项6项。特别是无煤柱开采方面具有7项专利技术。其中发明3项。这些专利技术从不同方面完善了沿空留巷。为各种复杂情况下的沿空留巷奠定了基础。
与西安科技大学惠兴田课题组共同研究，综合比较现有的沿空留巷的各种工艺，确定采用预应力砌块装配式隔离墙工艺。
本沿空留巷技术的特点是：一是强度较高：充分发挥混凝土强度，混凝土砌块预制，有较好的养生条件和充分的养护时间，混凝土砌块强度可以发挥到最佳程度；二是成本较低：地面预制混凝土砌块，相对井下施工，施工条件较好，劳动力占用较少，人工费用较低；三是污染较少：砌块施工，现场搅拌用料较少，井下环境污染少，粉尘可以减少90%以上；四是运输量少：简化井下运输工艺，主要运输工作量为平板车运砌块，另有少量粘塑性密封材料，运输简单方便，需要的运输车辆数减少30%以上；五是装配工艺简单：高强度砌块通过亲口配合，可适应任何高矿压环境；六是粘塑性接顶密封：顶板预留间隙有预应力让压支撑柱和粘塑性密封材料，具有初撑力又能增阻让压，提高密封效果。
3 工程实践
3.1施工设备布置
将地面加工好的混凝土块运至砌墙机处，由砌墙机机械操作，完成砌墙工作，施工设备布置平面图如下：
3.2施工主要工艺
3.2.1混凝土块的加工
根据矿压监测分析，选用800*800*400mm钢筋混凝土块，强度不少于C30，后期改为1000*800*400mm钢筋混凝土块，进一步加大了支护强度，委托专业预制件厂进行加工，强度达到要求后下井运至施工地点。附加混凝土块实体图。
3.1.2端头支架安装
工作面安装时，在靠近3203材料顺槽端头安装端头支架，端头支架较正常回采基本架长3.5左右，见平面布置图位置，为迈步式结构。
3.1.3巷道超前补强加固
顺槽沿空留巷操作前，在超前支护段打设补强顶钢带梁，增加两排补强帮锚杆，钢带梁采用W200L2400～3400钢带，三根Φ15.24L5000锚索，帮采用Φ18L1800预应力蛇形锚杆，补强顶钢带梁和帮锚杆的距离根据现场矿压观测情况，在超前支护范围内即20米范围补强即可。
3.1.4工作面超前支护
工作面超前支护采用单体支柱配合∏型钢梁棚，间距1.8米，切眼位置支设3架，一梁三柱，靠近切眼位置支设6架一梁三柱，再往外5架一梁两柱，超前支护设计距离20米。
3.1.5砌墙作业
使用专用平板车将装配式砌块运输至施工地点，使用液压转向推高机（机械手）将装配式砌块移动至隔离墙位置，前后、上下进行装配，密封胶条夹在砌块与砌块之间，隔离采空区。
3.1.6对已沿空留巷段加固
在沿空留巷段支设一路拖后顺向靠墙加强棚，加强棚采用单体支柱配合π型钢梁棚，加强棚离砌块墙100mm，柱间距0.8-1米。沿空留巷施工过程中，拖后加强支护长度一般为一个周期来压步距另加5米以上，按照盘道煤业的周期来压情况，一般拖后加强支护不少于50米左右，根据矿压显现情况进行回撤复用。
2.1.7喷浆封闭
砌墙结束后，进行喷浆封闭。在墙体预留观测孔，定期观测采空区情况，在施工与使用期间，未出现采空区气体异常现象。
4 实践中好的经验与做法
4.1综合支护控制变形
4.1.1 高强度支护与泄压支护相结合，将巷道变形控制在一定范围内
在砌墙完成，巷道未受动压影响时，采取单体π钢沿混凝土墙支护，以保证巷道支护的强度，同时选用了高强度钢筋混凝土块，混凝土块与顶板之间采用主动支撑作用的支撑柱及可塑性袋装灰砂，有一定强度，又保持一定的塑性，当袋装灰砂变形至一定程度时，混凝土块发挥主支护作用。顶板下沉200-300mm时，顶板沿混凝土墙体内侧切顶垮落，顶板压力得到一定程度释放，巷道趋于稳定，不再有大的变化。
增加恒阻力锚索支护，保证巷道的顶板的完整，控制巷道顶板下沉变形。恒阻伸长式矿用锚索，具有保持恒阻力条件下延伸大变形的特性，解决了现有锚索延伸率不足难以适应围岩大变形的技术难题。现场使用型号为SKP18-1/1860HS，沿工作面一侧超前50米布置，间距3米，长度5米，锚索直径17.8mm，在保证锚索支护效果的情况下，较好的控制了巷道变形。
4.1.2 对过断层段区域，提前注浆加固，提高围岩自身支护能力
注浆材料为马丽散（优乐加固1号），是一种低粘度，双组分合成高分子--聚亚胺胶脂材料，当树脂和催化剂掺在一起时反应或遇水产生膨胀，本身反应或发泡生成多元网状密弹性体，当它被高压推挤，注入到煤岩层，可沿煤岩层或混凝土裂缝延展直到将所有裂隙（包括肉眼难以觉察的裂隙及在高压作用下重新张开的裂隙）充填，注浆后，断层区域岩层强度加大，沿空留巷期间无大变化。
4.1.3 采用加长端头支架支护，保证操作人员的安全空间
矿方自行设计外委制作了加工了加长迈步端头支架，在保证支护强度的情况下，较回采支架长3.5米，增加了砌墙支护段的操作空间，保证了施工人员的安全，同时支架迈步前进，减少了支架前移时空顶时间，提高了支护效果。
4.2 机械化操作提高效率
每一砌块重量为1.2吨左右，为此，矿自行设计，委托机械制造公司，先后加工了两套专用机械式砌墙机，使用乳化液泵站液压作为驱动力。先是使用机械手抓取、起吊、推放工艺；后改用龙门式砌墙机，砌墙动作分解为起吊、横移、下放三个动作，解决了砌块搬运与垒设的困难，大大提高了施工效率，每班进度10-12米，保证了回采需要。两套砌墙机均取得了国家发明专利项目。
5 结语
本工程自2015开始施工，沿空留巷长度570米，同时服务于3203工作面与3205两个工作面。实践证明，本次沿空留巷较好地控制了巷道变形，提高了施工效率，经济成本降低20-30%，减少了煤柱损失，为同类型条件下推广沿空留巷技术提供了宝贵的经验。
参考文献：
［1］张荣立，何国纬，李铎.采矿工程设计手册［M］.北京：煤炭工业出版社，2005：1156-1169
［2］徐永圻，采矿学［M］.徐州：中国矿业大学出版社，2003：183-195
作者简介：
李庆福（1969.10.31），男，山东科技大学、采矿工程，先后担任盘道煤业、技术科长、采掘副总师、总经理助理，现任山西忻州神达望田煤业总工程师。
尹炳河，男，山东科技大学，采矿工程，现任盘道煤业技术科长。
论文作者:李庆福1,尹炳合1,惠兴田2
论文发表刊物:《建筑科技》2017年第20期
论文发表时间:2018/2/9
标签：巷道论文; 砌块论文; 工作面论文; 混凝土论文; 顶板论文; 盘道论文; 技术论文; 《建筑科技》2017年第20期论文;