軟巖巷道沿空留巷聯(lián)合支護(hù)技術(shù)研究

劉燕祥 盆偉偉 黃漢鋒

(1. 廣西百色那荷礦業(yè)有限責(zé)任公司，廣西自治區(qū)百色市，533000； 2.廣西百色礦務(wù)局煤業(yè)有限公司，廣西自治區(qū)百色市，533000； 3.廣西百色百礦集團(tuán)有限公司，廣西自治區(qū)百色市，533000)

在煤礦回采巷道布置過程中采用沿空留巷，每一個(gè)工作面可以少開拓一條巷道，有效提高煤炭資源回收率，還能實(shí)現(xiàn)工作面的Y型通風(fēng)，解決高瓦斯礦井中的隅角瓦斯積聚的難題。對于煤炭資源相對匱乏的廣西地區(qū)，沿空留巷無疑是一種提高煤炭回采率的有效手段。但是，廣西地區(qū)的煤炭賦存條件有一定特殊性，地質(zhì)條件較為復(fù)雜，煤巖體強(qiáng)度較低，煤炭資源多分布在軟巖當(dāng)中。如果采用沿空留巷技術(shù)圍巖多會(huì)產(chǎn)生大變形，一方面給后續(xù)的煤炭資源開采造成安全隱患，另一方面也影響礦井正常的生產(chǎn)進(jìn)度。因此，如何控制軟巖巷道沿空留巷圍巖的大變形是廣西地區(qū)推廣沿空留巷技術(shù)的關(guān)鍵。國內(nèi)外專家學(xué)者對于沿空留巷技術(shù)進(jìn)行了大量的研究，柏建彪等提出采用膏體材料進(jìn)行巷旁充填沿空留巷技術(shù)，并建立了相應(yīng)的力學(xué)模型以及膏體充填主要參數(shù)的確定方法；張農(nóng)等基于沿空留巷采場覆巖運(yùn)動(dòng)特征，研究了采空側(cè)楔形區(qū)頂板應(yīng)力傳遞承載機(jī)制及頂板預(yù)裂卸壓機(jī)理，并提出預(yù)裂爆破卸壓、分區(qū)治理、結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化的“三位一體”圍巖控制關(guān)鍵技術(shù)?？傮w來看，在南方地區(qū)軟巖條件下采用沿空留巷技術(shù)的礦井較少，相關(guān)的研究也較少。因此，本文以廣西那荷煤礦C202工作面為工程背景，對軟巖巷道沿空留巷聯(lián)合支護(hù)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行概括總結(jié)，解決了沿空留巷的支護(hù)問題，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)力的重新分配，為沿空留巷的推廣使用提供可借鑒的理論依據(jù)及技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。

1 軟巖巷道沿空留巷聯(lián)合支護(hù)原理

那荷煤礦C202軌道巷軟巖巷道沿空留巷聯(lián)合支護(hù)技術(shù)是在傳統(tǒng)的沿空留巷技術(shù)基礎(chǔ)上加以創(chuàng)新，一是在工作面推進(jìn)開采前提前在巷道進(jìn)行雙排錨索施工，對巷道頂板進(jìn)行加固支護(hù)；二是工作面推進(jìn)開采后，及時(shí)在支架后采用U型鋼支柱配合π型梁切頂支護(hù)；三是創(chuàng)新使用錨桿鎖住π型梁一端與U型鋼支柱形成懸吊切頂聯(lián)合支護(hù)；四是沿空留巷內(nèi)加強(qiáng)支護(hù)，在U型鋼支柱側(cè)使用兩排單體柱加強(qiáng)支護(hù)，保持巷道的支護(hù)強(qiáng)度。

2 軟巖巷道沿空留巷聯(lián)合支護(hù)的具體應(yīng)用

2.1 設(shè)計(jì)思路

沿空留巷成功的關(guān)鍵在于頂板支護(hù)，對于較為完好堅(jiān)硬的頂板，可以采用放炮預(yù)裂切頂主動(dòng)切斷采空區(qū)與沿空留巷的聯(lián)系；對于較為破碎的軟巖頂板，則可以采取聯(lián)合支護(hù)，主動(dòng)加強(qiáng)頂板的支護(hù)。聯(lián)合支護(hù)主要是針對壓力大、變形嚴(yán)重的巷道，有針對性地進(jìn)行頂板支護(hù)及采空區(qū)控制，形成立體的聯(lián)合支護(hù)體系，使巷道頂板應(yīng)力重新分布，達(dá)到巷道頂板壓力均衡分布目的，同時(shí)U型鋼支柱配合菱形網(wǎng)，可以有效阻擋采空區(qū)矸石往沿空留巷涌入，同時(shí)可以解決噴漿問題，達(dá)到留巷目的。

2.2 技術(shù)方案

2.2.1 試驗(yàn)巷道的選擇

C202軌道巷位于那荷煤礦二采區(qū)C202工作面，C202軌道巷全長250 m，屬沿C煤層布置巷道，巷道寬3.6 m，高2.8 m，頂板較為破碎，采用錨網(wǎng)支護(hù)，具有典型的軟巖巷道特征，C202軌道巷沿空留巷可以當(dāng)作下一個(gè)備采工作面的專用回風(fēng)巷，這樣可以少掘進(jìn)一條巷道，節(jié)約成本，同時(shí)提高備采工作面的可采煤量，所以軟巖巷道沿空留巷聯(lián)合支護(hù)技術(shù)工程選擇在C202軌道巷實(shí)施。C202巷道布置如圖1所示。

圖1 C202巷道布置圖

2.2.2 聯(lián)合頂板支護(hù)的設(shè)計(jì)

(1)雙錨索加強(qiáng)支護(hù)。在巷道原來的錨網(wǎng)支護(hù)基礎(chǔ)上，提前50 m采用雙排錨索加強(qiáng)支護(hù)。錨索規(guī)格為?15.25 mm×6000 mm鋼絞線；墊板規(guī)格為300 mm×300 mm×16 mm，每根錨索使用5支K2335型錨固劑。錨索間排距為1900 mm×3000 mm。C202軌道巷錨索布置如圖2所示。

圖2 C202軌道巷錨索布置圖

(2)聯(lián)合支護(hù)。首先使用單體柱頂住π型梁，然后在采空區(qū)側(cè)使用U型鋼支柱，在π型梁另一端打錨桿鎖住π型梁，形成聯(lián)合支護(hù)。具體技術(shù)要求為：U型鋼柱必須要有一定的迎山角，與垂直夾角約5°，頂住π型梁采空區(qū)一端，π型梁壓住菱形網(wǎng)。π型梁長2000 mm，一端開孔直徑30 mm，長50 mm，端使用2500 mm錨桿鎖住。每組聯(lián)合支護(hù)間距500mm。C202軌道巷沿空留巷聯(lián)合支護(hù)示意圖如圖3所示。

圖3 C202軌道巷沿空留巷聯(lián)合支護(hù)示意圖

(3)沿空留巷內(nèi)加強(qiáng)支護(hù)。將采空區(qū)側(cè)原進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)的單體液壓支柱重新支護(hù)至與U型鋼架腿相距0.7 m位置π型梁上，形成第一排加強(qiáng)支護(hù)體，該段加強(qiáng)支護(hù)長度為支架后40 m內(nèi)(略大于周期來壓步距)；再在距離巷道非采空區(qū)側(cè)巷幫1 m位置布置一排長約80 m的單體液壓支護(hù)+鉸接梁加強(qiáng)支護(hù)體(略大于兩個(gè)周期來壓步距)，柱距1 m。留巷內(nèi)共形成雙排加強(qiáng)支護(hù)體。C202軌道巷沿空留巷聯(lián)合加強(qiáng)支護(hù)示意圖如圖4所示。

2.2.3軟巖巷道沿空留巷聯(lián)合支護(hù)施工工藝及技術(shù)參數(shù)

施工工藝流程為：準(zhǔn)備工作→加強(qiáng)支護(hù)→臨時(shí)壓網(wǎng)支護(hù)→聯(lián)合支護(hù)→單體柱回收→噴漿。

圖4 C202軌道巷沿空留巷聯(lián)合加強(qiáng)支護(hù)示意圖

(1)準(zhǔn)備工作。提前調(diào)整工作面保持機(jī)尾端頭支架上邊平回風(fēng)巷下幫邊線，備足U型鋼腿、π型鋼梁、單體支柱、打錨索所需的工具材料等。

(2)加強(qiáng)支護(hù)。C202軌道巷頂板原錨桿支護(hù)規(guī)格為800 mm×800 mm，在原錨網(wǎng)支護(hù)的基礎(chǔ)上，采用雙排錨索加強(qiáng)支護(hù)：沿空留巷巷道煤壁往外500 mm打一排錨索，間隔1900 mm再打一排，錨索長度6000 mm，矩形布置，排間距為1900 mm×3000 mm，斜向邊幫15°布置。同時(shí)，工作面超前支護(hù)必須按規(guī)定提前完成。

(3)臨時(shí)壓網(wǎng)支護(hù)。工作面推進(jìn)后，在沿空留巷巷道端頭支架尾部靠近采空區(qū)側(cè)掛雙層菱形網(wǎng)，配合單體柱壓住網(wǎng)頭，有效阻擋采空區(qū)竄矸，并形成臨時(shí)支護(hù)。

(4)聯(lián)合支護(hù)。步驟1，推采過程中端頭支架要注意與超前支護(hù)的單體配合工作，確保頂板支護(hù)到位，嚴(yán)禁出現(xiàn)空頂行為。步驟2，架設(shè)U型鋼柱+π型鋼梁棚架，在做好臨時(shí)支護(hù)后，及時(shí)安裝棚架，棚架架腿采用25U型鋼制作，架梁采用π型鋼，長度為2 m，π型梁一端支撐25U型鋼腿，π型鋼梁與回風(fēng)巷巷道方向成垂直布置。U型鋼腿使用液壓升柱器連接工作面液壓系統(tǒng)升緊，保持初撐力不低于20 MPa。步驟3，打錨桿鎖定π型梁，π型梁另一端采用打錨桿鎖緊在頂板上，錨桿使用?20 mm×2500 mm全螺紋錨桿。鋼棚架垂直于巷道，間距0.5 m。步驟4，留巷內(nèi)加強(qiáng)支護(hù)，布置U型鋼+π型鋼梁棚架后，將采空區(qū)側(cè)原進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)的單體液壓支柱重新支護(hù)至與U型鋼架腿相距0.5 m位置π型梁上，形成第一排加強(qiáng)支護(hù)體，該段加強(qiáng)支護(hù)長度為支架后40 m內(nèi)(略大于周期來壓步距)，再在距離巷道非采空區(qū)側(cè)巷幫1 m位置使用單體液壓支護(hù)+鉸接梁布置一排約80 m加強(qiáng)支護(hù)體(略大于兩個(gè)周期來壓步距)，柱距1 m，迎山約5°。留巷內(nèi)共形成雙排加強(qiáng)支護(hù)體。

(5)單體柱回收。進(jìn)行留巷超40 m后開始回收留巷內(nèi)的雙排單體支護(hù)，留巷超80 m后開始回收留巷內(nèi)的單排單體支護(hù)，保持留巷內(nèi)形成40 m雙排加強(qiáng)支護(hù)，80 m單排加強(qiáng)支護(hù)。

(6)噴漿作業(yè)。工作面結(jié)束后對采空區(qū)側(cè)進(jìn)行噴漿，以防漏風(fēng)，噴漿前重新整理好鐵網(wǎng)歸堆好材料后使用潮噴機(jī)噴漿封閉采空區(qū)。

2.2.4 沿空留巷的通風(fēng)及頂板管理

為保證巷道通風(fēng)，沿空留巷必須實(shí)現(xiàn)獨(dú)立通風(fēng)。沿空留巷安設(shè)甲烷傳感器、一氧化碳傳感器、氧氣傳感器、溫度傳感器。為加強(qiáng)頂板管理，巷道每隔100 m安設(shè)壓力和離層觀測儀1套。

2.2.5 創(chuàng)新點(diǎn)

利用采面液壓系統(tǒng)，創(chuàng)新發(fā)明使用液壓升柱器；創(chuàng)新對沿空留巷進(jìn)行聯(lián)合立體支護(hù)，形成錨桿+π型頂梁+雙支柱型聯(lián)合支護(hù)使巷道頂板應(yīng)力重新分布，達(dá)到巷道頂板壓力均衡分布目的；參照工作面超前支護(hù)，根據(jù)工作面周期來壓步距，創(chuàng)新提出沿空留巷40 m內(nèi)形成雙排單體柱加強(qiáng)支護(hù)，80 m內(nèi)形成單排單體柱加強(qiáng)支護(hù)。

2.2.6 總結(jié)

(1)存在的問題。U型鋼柱在施工過程中容易打成直柱，迎山角不足；U型鋼柱柱頭卡口部分容易脫焊，大塊壓U型鋼柱往沿空留巷；頂板不平，π型梁接頂不嚴(yán)造成應(yīng)力分布不均。

(2)解決方案。加強(qiáng)施工指導(dǎo)及施工監(jiān)督，保證施工質(zhì)量；加高加厚柱頭卡口部分，保證強(qiáng)度；針對頂板不平，使用枕木、木板進(jìn)行配頂。

(3)經(jīng)濟(jì)效果。減少掘進(jìn)一條巷道的掘進(jìn)、支護(hù)成本，縮短工作面布置時(shí)間，有效緩解采掘接替緊張的局面；沿空留巷可以實(shí)現(xiàn)無煤柱開采，提高采區(qū)回采率，大大提高煤礦經(jīng)濟(jì)效益。

2.2.7軟巖巷道沿空留巷聯(lián)合支護(hù)技術(shù)成果展示

沿空留巷內(nèi)雙排加強(qiáng)支護(hù)效果如圖5所示。沿空留巷效果如圖6所示。

3 結(jié)語

(1)沿空留巷在煤礦企業(yè)的推廣應(yīng)用具有重要意義，煤炭是不可再生資源，推廣沿空留巷，實(shí)現(xiàn)無煤柱開采可以提高資源利用率。

圖5 沿空留巷內(nèi)雙排加強(qiáng)支護(hù)效果圖

圖6 沿空留巷效果圖

(2)軟巖巷道實(shí)施沿空留巷，要克服巷道變形嚴(yán)重、壓力大等條件，而軟巖巷道沿空留巷聯(lián)合支護(hù)技術(shù)，可以很好地克服上述困難，實(shí)現(xiàn)沿空留巷。

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