晋煤集团沿空留巷巷旁充填技术取得进展

　　这是晋煤集团技术研究院刘清利副院长和王萌的研究成果。研究的创新点为：研发出新型高水速凝材料，建立远距离输送浆液系统，通过在留巷内采取高强锚杆索支护技术，并在充填袋内布置钢筋梯梁，控制留巷巷道及充填体变形。

　　早期的沿空留巷巷旁支护常采用密集木支柱、金属摩擦密集支柱、混凝土砌体墙、木垛、矸石带等。这些支护属于被动支护，不仅无法控制顶板岩层移动，而且护巷带上方及留巷上方直接顶均已断裂破碎甚至垮落，造成支架折损严重，留巷断面收缩率过大，留巷效果很差。

　　随着新型高水速凝充填材料的研制成功，沿空留巷巷旁充填材料有了新的选择途径。

　　刘清利等在成庄煤矿4311工作面进行了新型高水速凝充填材料的沿空留巷技术研究与试验。4311工作面巷道布置平面如下图所示：

充填材料性能试验

　　研究人员分别进行了充填材料强度试验和流动性试验。

强度试验

　　新型高水速凝充填材料混合后，固化体主要形成钙矾石(3CaO·Al₂O₃·3CaSO₄·32H₂O)，钙矾石结晶体含水量较高。由于钙矾石结晶能力强，易形成网状或树枝状结构。当材料配比最佳时，浆体将发挥最大的潜能，形成针状结构的钙矾石，填充在已形成的钙矾石网状结构中。随着针状结构晶体的不断增加，结晶化程度的加大，浆体变成具有一定强度的硬化体。

流动性试验

　　联邦充填支护1号材料为干粉状，分为A浆液和B浆液，使用时加水搅拌，研究人员使用的配比为水灰比1.5∶1.0，双液比例1∶1。材料单液性能稳定，可实现远距离泵送。双液混合较短时间内能够形成固结体，强度增长快速。

井下工业性试验

　　井下工业性试验中，研究人员主要围绕充填系统设计及沿空留巷围岩控制技术开展研究。

充填系统设计

泵站布置

　　充填系统可以实现浆液远距离输送，但由于4311工作面外围找不到合适的充填地点，新掘充填硐室满足不了工作面充填工程需要，最终确定将充填泵站放在43111巷工作面前方约200 m处。将注浆泵放置在平板车上，便于移动，将4个搅拌桶摆放在轨道旁，分别装入A、B两种浆液，采用交替制浆方式连续供浆，泵站布置如下图所示。

管路布置

　　铺设2趟管路连接工作面至充填地点，然后通过三通混合器混合，混合管长度为10 m，管路采用DN40高压胶管，三通混合器采用DN40钢管焊接而成。

沿空留巷围岩控制技术

充填柔模袋加固措施

　　在充填前可在充填袋内预先穿上螺纹钢材质的对拉钢筋，待充填体凝固后，施加一定约束侧向变形的力，对拉钢筋和钢筋梯布置剖面图如下图所示。

超前单体柱加铰接顶梁

　　巷道内超前工作面50 m采用加强支护措施，同时，超前工作面20 m范围内架设1.2 m铰接顶梁及单体液压支柱。

超前锚索补强

　　顶板每排补打3根锚索，排距2.0 m，与原锚索交错布置，1号锚索紧贴工作面侧煤帮施工；2号锚索打在充填体位置正上方，用工字钢连接；3号锚索距离另一帮1 m施工；1号采用直径22 mm，长5.3 m锚索，2号和3号采用采用直径22 mm，长8.3 m锚索，顶板补强方式如下图所示。

滞后加强支护

　　方法类似于超前工作面巷道内的支护形式，补强范围滞后工作面25～30 m。

支护效果如何

　　留巷顶板支承压力在工作面后方15~40 m达到峰值，工作面后方150 m迅速减小，最终在工作面后方300 m处达到稳定，约为7 MPa；充填体内部应力随与工作面距离增大而缓慢增加，工作面后方10 m左右开始变化，工作面推过80 m以后，应力趋于稳定，最终充填体内部相对应力不超过4 MPa。

来源：刘清利，王萌.综放工作面沿空留巷无煤柱开采技术[J].煤炭科学技术,2016,44(5)：122-127.