傾斜煤層無人工巷旁充填無煤柱開采沿空護巷技術(shù)研究

摘要：文章對傾斜厚煤層柔性護巷無人工充填無煤柱開采技術(shù)進行了研究，根據(jù)鐵山南煤礦-4212（26）工作面不同傾角煤層設(shè)計出不同的支護方案，并融合了切頂卸載技術(shù)和采空區(qū)充填承載技術(shù)方法。經(jīng)現(xiàn)場試驗和礦壓觀測，沿空留巷整體效果較好，完全能夠滿足下區(qū)段風(fēng)巷使用。

關(guān)鍵詞：無人工巷旁充填；無煤柱開采；沿空護巷技術(shù)；傾斜煤層

中圖分類號：TD353 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）29-0105-02

目前國內(nèi)外學(xué)者在傳統(tǒng)的巷旁支護以及巷旁支護新材料和新方法等方面進行了許多研究，但是尚沒有在傾斜煤層條件下不添加任何人工充填物作巷旁支護進行沿空留巷的先例。本項目由鐵山南煤礦和重慶大學(xué)共同完成，以鐵山南煤礦-4212（26）工作面為工程背景，采用理論分析、數(shù)值計算分析和現(xiàn)場試驗相結(jié)合的方法進行研究。開展本項目的研究不僅可以直接解決鐵山南煤礦的生產(chǎn)技術(shù)難題，而且成果還可以在同類煤層中推廣應(yīng)用。

1 回采工作面概況

-4212（26）工作面位于西翼-200水平-321采區(qū)第一區(qū)段的南邊，為該采區(qū)第一個開采工作面，工作面風(fēng)巷標(biāo)高為-3.0m，機巷標(biāo)高為-69.9m。工作面走向長度550m，傾斜長度105m，煤層傾角為25°～35°，平均35°，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。工作面局部有裂隙瓦斯涌出；煤塵爆炸指數(shù)30.66%，煤塵有爆炸危險；煤層為不易自燃發(fā)火。

煤層基本頂為灰色、灰白色細中粒砂巖，含石英，厚度為10.83m；直接頂為深灰色砂質(zhì)泥巖，呈波狀層理，厚度為8.02m；直接底為深灰色砂質(zhì)泥巖，夾煤屑和植物化石，厚度為1.27m；基本底為深灰色砂質(zhì)泥巖，呈波狀層理和水平節(jié)理，厚度為7.93m。

煤厚2.5～3.26m，平均煤厚2.87m，硬度f值為2左右，含有1～3層泥巖夾矸，厚0.2～0.6m，局部達0.6m以上。煤層傾角為35°～45°，平均35°。

2 沿空留巷支護方案選擇

針對鐵山南煤礦-4212（26）工作面的地質(zhì)特點，本項目采用的傾斜厚煤層柔性護巷無人工巷旁充填無煤柱開采技術(shù)正是融合了切頂卸載技術(shù)和采空區(qū)充填承載技術(shù)的優(yōu)點，針對不同傾角煤層設(shè)計出不同的支護方案以適應(yīng)實際生產(chǎn)需要。

（1）對于傾角大于30°的情況，本項目采用采空區(qū)矸石自然下滑充填承載技術(shù)形成沿空巷道，即利用大傾角煤層頂板活動規(guī)律，讓采空區(qū)傾斜上部直接頂先冒落的矸石自然下滑將采空區(qū)下部充填飽滿，利用矸石承受頂板壓力，從而減輕巷內(nèi)的礦壓顯現(xiàn)。

（2）對于傾角小于30°的煤層情況，采用預(yù)裂爆破切頂卸載技術(shù)，即在工作面前方機巷內(nèi)靠采空區(qū)一側(cè)的頂板通過預(yù)裂爆破形成預(yù)裂縫，在工作面后方的巷道頂板就會沿該裂縫切斷，從而減輕沿空留巷內(nèi)的頂板

壓力。

3 現(xiàn)場試驗

3.1 -4212（26）工作面支護方案

3.1.1 實驗區(qū)基本情況。根據(jù)前面分析，結(jié)合-4212（26）工作面具體情況，對于煤層傾角大于30°段將利用空區(qū)矸石自然跨落充填進行護巷，沿空留巷內(nèi)采用錨桿、錨網(wǎng)、錨索、W鋼帶加工字鋼進行聯(lián)合支護，巷旁采用“L”型錨網(wǎng)進行擋矸。對于傾角小于30°段預(yù)裂爆破切頂卸載進行護巷，沿空留巷內(nèi)采用錨桿、錨網(wǎng)、錨索、W鋼帶加工字鋼進行聯(lián)合支護，巷旁采用“L”型錨網(wǎng)進行擋矸。

3.1.2 巷道支護設(shè)計。巷道支護設(shè)計將工作面前后方的機巷和沿空留巷的支護情況分為4種，分別是工作面前方30m以外的普通支護區(qū)、前方30m以內(nèi)的超前支護加固區(qū)、工作面以后90m范圍內(nèi)的滯后支護加固區(qū)、90m以后的基本穩(wěn)定區(qū)。

3.1.3 普通支護區(qū)設(shè)計。采用現(xiàn)有巷道的支護設(shè)計，即錨、網(wǎng)、索、W鋼帶聯(lián)合支護方式，錨桿間排距0.8m×0.8m，長度2.25m；靠近高幫錨索排距為1.6m，靠近矮幫錨索排距3.2m，長度5.2m，金屬網(wǎng)網(wǎng)孔5cm×5cm。

3.1.4 超前支護加固區(qū)設(shè)計。在普通支護的基礎(chǔ)上，在巷道頂板中部沿巖層法向補打一排錨索，錨索間排距0.8m×1.6m，長度5.2m。

3.1.5 滯后支護加固區(qū)設(shè)計。在工作面下出口距巷幫0.5處頂?shù)装逖a打一排錨桿，將“L”型錨網(wǎng)的兩端固定在頂?shù)装邋^桿的錨盤內(nèi)，形成巷旁柔性擋矸設(shè)施。滯后臨時加強支護措施：在工作面后方90m范圍內(nèi)，距錨網(wǎng)0.5m的位置處打一排單體液壓支柱，柱距為1m，排距1m，在沿空留巷90m后方穩(wěn)定區(qū)進行回撤單體支柱。永久加強支護措施：滯后工作面后方20m的高幫側(cè)距L網(wǎng)0.5m打設(shè)一排11#工字鋼點柱，柱距為0.5m。

3.2 礦壓觀測方案

設(shè)一個礦壓觀測區(qū)，該區(qū)在工作面前方30m，距停采線100m，區(qū)內(nèi)共設(shè)3個觀測斷面，各觀測斷面相距50m。觀測斷面內(nèi)布置頂?shù)装寮皟蓭臀灰茰y點3個，錨桿測力計2個、錨索測力計1個、頂板離層位移基點5個。

3.3 礦壓觀測結(jié)果及分析

礦壓觀測區(qū)在工作面前方30m，距停采線100m，區(qū)內(nèi)共設(shè)3個觀測斷面，各觀測斷面相距50m，隨著工作面的推進，各個觀測斷面受工作面的采動影響，可得到工作面在前方推進到后方的巷道斷面變形情況，各組測點的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律。在此對測區(qū)里的每個觀測斷面的數(shù)據(jù)進行礦壓顯現(xiàn)規(guī)律分析。

圖1 頂?shù)装逡平壳€圖

測區(qū)內(nèi)一、二和三號觀測斷面巷道表面位移觀測曲線以及頂板離層觀測如圖1所示。

由圖1可知，一號斷面在觀測中，此處范圍大致在工作面前方0～50m的范圍內(nèi)，頂?shù)装謇鄯e最大移近量為300mm。二號斷面在觀測中，此處范圍大致在工作面前方0～60m的范圍內(nèi)，頂?shù)装謇鄯e最大移近量為520mm。三號斷面在觀測中，此處范圍大致在工作面前方0～50m的范圍內(nèi)，頂?shù)装謇鄯e平均移近量為35mm。

4 結(jié)語

本項目針對鐵山南煤礦-4212（26）工作面的實際地質(zhì)條件，采用理論分析、數(shù)值計算分析和現(xiàn)場試驗相結(jié)合的研究方法，對傾斜厚煤層無巷旁充填無煤柱開采護巷技術(shù)中的巖層控制理論、圍巖穩(wěn)定性、頂板的變形破壞規(guī)律、巷道支護技術(shù)及礦壓顯現(xiàn)規(guī)律進行了分析研究，成功實現(xiàn)復(fù)雜地質(zhì)厚煤層柔性護巷人工巷旁充填無煤柱開采技術(shù)工業(yè)性試驗。并取得了較好的技術(shù)和經(jīng)濟效益，增加了回采率5%，緩解了生產(chǎn)接替緊張的矛盾，為同類型傾斜煤層柔性護巷無煤柱開采提供了

經(jīng)驗。

參考文獻

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作者簡介：李國義（1983-），四川達川人，四川達竹煤電（集團）有限責(zé)任公司鐵山南煤礦技術(shù)科長，工程師。