沿空留巷技術(shù)在“三軟”煤層綜放工作面中的應(yīng)用

王建偉 李振

[摘 要]沿空留巷也稱無(wú)煤柱護(hù)巷，其優(yōu)越性已有共識(shí)，但如何靈活運(yùn)用值得進(jìn)一步探討。介紹沿空留巷的支護(hù)依據(jù)、留設(shè)方法和注意事項(xiàng)，根據(jù)國(guó)內(nèi)外和臨近礦井沿空留巷的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合該礦地質(zhì)特點(diǎn)及回采工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，較好地實(shí)施了綜放工作面錨網(wǎng)+架棚支護(hù)的下順槽沿空留巷，緩解了工作面接替緊張局面，取得了較好效果。

[關(guān)鍵詞]沿空留巷；綜放；錨網(wǎng)+架棚支護(hù)

中圖分類號(hào)：TD353 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2018）21-0348-02

“三軟”煤層指煤礦開采中遇到的：軟的頂板巖層、軟的主采煤層和軟的煤層底板巖層，目前薄及中厚煤層、頂板為巖層等條件的沿空留巷技術(shù)已趨成熟，但針對(duì)“三軟”煤層且煤層厚度變化較大的綜采放頂煤工作面沿空留巷研究較少，基本沒(méi)有應(yīng)用。鄭州礦區(qū)白坪煤礦煤層屬于“三軟”煤層，為了解決21001與21021工作面接替問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)快速掘進(jìn)，根據(jù)國(guó)內(nèi)外和臨近礦井沿空留巷的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合該礦地質(zhì)特點(diǎn)及回采工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，在21001綜放工作面下順槽成功實(shí)施了錨網(wǎng)+架棚支護(hù)的沿空留巷工藝，本次沿空留巷技術(shù)方案是鄭煤集團(tuán)在“三軟”煤層的大膽嘗試，為以后的“三軟”煤層沿空留巷技術(shù)提供了寶貴的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)有利于節(jié)約成本和快速掘進(jìn)，對(duì)礦井采掘接替平衡有重要意義。

1 工作面概況

21001綜放工作面位于21采區(qū)西翼，西至F19斷層保護(hù)煤柱，東至21采區(qū)上部車場(chǎng)，南為11221工作面采空區(qū)，北為21021準(zhǔn)備工作面。工作面走向長(zhǎng)度795m，切巷長(zhǎng)度160m，平均煤厚4.64m，煤層傾角13～29°。工作面總體上為一北西傾單斜構(gòu)造形態(tài)，地質(zhì)條件中等，煤層直接頂為大占砂巖，厚度約為17.5m，直接底為砂質(zhì)砂巖，厚度約為5.7m，老底為L(zhǎng)8灰?guī)r，厚度約為1.8m。工作面采用走向長(zhǎng)壁后退式綜合機(jī)械化放頂煤回采工藝，下順槽作為進(jìn)風(fēng)巷和輔助運(yùn)輸巷，布置有一部SZZ764-200轉(zhuǎn)載機(jī)和一部SSJ1000/2×160s膠帶運(yùn)輸機(jī)。

21001工作面下順槽采用16.2㎡36#U型鋼棚支護(hù)，巷道凈高3.5m，下凈寬5.6m，梁腿搭接0.45m，棚距0.6m。四道聯(lián)鎖梁加固，并用塑料網(wǎng)、椽子背幫背頂?，F(xiàn)有巷道整體支護(hù)狀況良好，但仍有部分巷道變形明顯，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)巷道寬度4.6m，大部分巷道高度在3.1m左右，少部分巷道高度較低，巷道凈高僅2.1m。

根據(jù)現(xiàn)有巷道的布置情況和21001下順槽地質(zhì)情況，沿空留巷試驗(yàn)區(qū)域?yàn)?1001下順槽174m開始向外開始進(jìn)行試驗(yàn)。

2 “三軟”煤層綜放沿空留巷圍巖控制難點(diǎn)

結(jié)合白坪煤業(yè)公司21001綜放工作面生產(chǎn)地質(zhì)條件，為了保證留巷成功，保持通風(fēng)斷面滿足安全生產(chǎn)的要求，盡可能的減小留巷的成本，提出了使用木垛+袋裝矸石充填撕下幫沿空留巷方案。通過(guò)分析，該方案有以下技術(shù)難點(diǎn)：

（1）實(shí)體煤幫控制難度大。由于綜放開采一次采出的煤層厚度大，頂板巖層形成的結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)離采場(chǎng)，巷道圍巖經(jīng)受長(zhǎng)時(shí)間的動(dòng)壓作用，不僅非采煤幫劇烈鼓出，而且很可能底鼓強(qiáng)烈，引起非采煤幫的進(jìn)一步鼓出。同時(shí)，煤幫為軟弱煤層，在老頂破斷回轉(zhuǎn)過(guò)程中容易發(fā)生流變，因此煤幫控制難度大。

（2）對(duì)巷旁充填體力學(xué)性能要求高。充填體緊鄰采空區(qū)，基本頂在斷裂旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中，對(duì)充填體施加較大的載荷，容易導(dǎo)致充填體的壓壞，對(duì)充填體強(qiáng)度要求較高；采空區(qū)冒落矸石容易導(dǎo)致充填體鼓出、滑移甚至推倒充填體，對(duì)充填體的穩(wěn)定性要求高。老頂破斷回轉(zhuǎn)是不可避免的，既要充填體具有一定的可縮量適應(yīng)頂板下沉，又要具有較大的承載能力切斷采空區(qū)側(cè)頂板、阻止巷內(nèi)頂板的過(guò)快回轉(zhuǎn)變形。

（3）巷旁充填材料要求成本低?？紤]到礦山經(jīng)濟(jì)效益，在滿足安全使用的要求下，盡量降低巷旁充填材料的成本，因此充填材料選取木垛+袋裝矸石。該充填材料成本低，可縮性強(qiáng)，但是強(qiáng)度較高水材料充填體低，維護(hù)起來(lái)較為困難。在留巷期間，工作面移架后應(yīng)及時(shí)支設(shè)木垛，維護(hù)好充填體的空間和強(qiáng)度。

（4）撕下幫留巷斷面大。本次留巷采用撕下幫方案，巷道跨度較大，通常而言，跨度越大，支護(hù)就越困難，對(duì)支護(hù)治理要求更嚴(yán)。

（5）頂煤控制難度大。煤層厚度變化較大，在厚煤區(qū)綜放沿空留巷巷道上方為松軟頂煤，與普通沿空留巷上方為巖層相比，其強(qiáng)度和剛度小，工作面推過(guò)后頂煤易破碎、塌冒，需要采取合理的控制技術(shù)保持頂煤穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)充填體與上覆巖層力的傳遞并有效切斷采空區(qū)側(cè)直接頂。因此，頂煤控制難度大。

3 施工方案

3.1 超前巷煤幫加固方案

超前工作面39m采用U型鋼平拱型支架在下順槽下幫施工巷道（以下簡(jiǎn)稱超前巷）。在超前巷下幫和頂部各支設(shè)一道工字鋼聯(lián)鎖梁，在超前巷上幫暫時(shí)不站U型鋼棚棚腿，但采用單體柱配合π型鋼梁打雙抬棚進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)，同時(shí)用帶梁錨索加固圍巖，見圖1。待工作面推過(guò)超前巷支架位置時(shí)，及時(shí)扶U型鋼棚棚腿，并在上幫安裝一道工字鋼聯(lián)鎖梁。

3.2 工作面超前煤幫支護(hù)方案

當(dāng)工作面推進(jìn)到超前巷位置前，在原U型鋼棚頂梁兩端固定工字鋼梁，在梁上支設(shè)木垛，并按設(shè)計(jì)方案要求打設(shè)單體液壓支柱作為超強(qiáng)加強(qiáng)支護(hù)。打設(shè)好單體支柱后，拆除原U型鋼棚靠回采工作面一側(cè)的棚腿。在工作面移架前，在工作面端頭支架上鋪設(shè)金屬網(wǎng)，并在每道金屬網(wǎng)下穿一道鋼絲繩，鋼絲繩繩頭固定在原U型鋼棚頂梁上。

3.3 工作面后方充填體施工方案

工作面移架后，立即沿采空區(qū)側(cè)，在原U型鋼棚頂梁兩梁端固定的工字鋼梁端和木垛下打設(shè)一排密集木支柱，并用單體支柱加強(qiáng)支護(hù)。然后在要求的位置進(jìn)行支丁，支丁規(guī)格為2m（寬）×2m（長(zhǎng)）。支丁后，扶上U型鋼棚腿，并安裝工字鋼聯(lián)鎖梁，然后拆除U型鋼棚柱腿與木垛間的單體液壓支柱，掛上風(fēng)筒布或編織布，在U型鋼棚腿和木垛間填實(shí)袋裝矸石，形成留巷。最后每留10～50m巷道，噴一次漿。

具體支護(hù)參數(shù)：

① 頂板：新掘巷道內(nèi)頂板兩根φ17.8mm×6.0（8.0）m錨索，錨索間排距為1000mm×1200mm，每根錨索使用4支K2350樹脂錨固劑，錨索預(yù)應(yīng)力要求不小于70KN，錨固力不小于260KN，錨索外露長(zhǎng)度大于150mm、小于300mm。帶梁錨索施工超前工作面不低于100m。

② 幫部：實(shí)煤體幫三根錨索，規(guī)格為φ17.8mm×6.0（8.0）m錨索，錨索間排距為1000mm×1200mm，每根錨索使用4支K2350樹脂錨固劑，錨索預(yù)應(yīng)力要求不小于70KN，錨固力不小于260KN，錨索外露長(zhǎng)度大于150mm、小于300mm。帶梁錨索施工超前工作面不低于100m。當(dāng)U型鋼棚支護(hù)巷道出現(xiàn)斷椽子、爛網(wǎng)、大網(wǎng)兜等現(xiàn)象時(shí)，必須重新進(jìn)行卸壓、聯(lián)網(wǎng)、腰幫接頂。

3.4 工作面后方充填空間維護(hù)

①轉(zhuǎn)載機(jī)自移梁應(yīng)始終平行于端頭支架；②移架后，立即在移架后方的空間，打上帶鉸接頂梁的單體液壓支柱；③充填空間維護(hù)的單體液壓支柱應(yīng)維持在2～6排，沿工作面推進(jìn)方向，單體液壓支柱間應(yīng)帶鉸接頂梁，單體液壓支柱排距與工作面推進(jìn)距離一致，平均為600mm。除最靠近端頭支架的1～2排外，每排單體液壓支柱為5根，相鄰兩根之間的間距為800mm；④當(dāng)單體液壓支柱的排數(shù)達(dá)到6排時(shí)，立即進(jìn)行支設(shè)木垛和充填矸石的工作；⑤支設(shè)木垛前，先沿工作面推進(jìn)方向，在支設(shè)木垛的空間上方架設(shè)兩根2.4m長(zhǎng)木頂梁，兩梁間距為1.6m，并分別用兩根單體液壓支柱抬住兩根頂梁，然后拆除兩梁中間的單體液壓支柱及鉸接頂梁。沿垂直于工作面推進(jìn)方向架設(shè)兩根2.2m長(zhǎng)木頂梁，兩梁間間距為2.0m，并分別用兩根單體液壓支柱抬住兩根頂梁。⑥木垛架設(shè)前，用木支柱替換采空區(qū)側(cè)的單體液壓支柱，或在打單體液壓支柱時(shí)，在這些位置的單體液壓支柱直接用木支柱替代，但支設(shè)時(shí)一定要有力；⑦在兩組頂梁的保護(hù)下，立即架設(shè)木垛，并接住前面用單體液壓支柱抬住的頂梁；⑧為提高木垛的穩(wěn)定性，在架設(shè)木垛的過(guò)程中，隨木垛的架設(shè)，不斷用袋裝矸石填實(shí)木垛中間及周圍空間，見圖2；⑨木垛架設(shè)后，邊拆除木垛與幫間的兩列單體液壓支柱，邊用袋裝矸石填實(shí)木垛與幫間的空間。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）沿空留巷后留巷內(nèi)巷道頂幫保留基本完整，留巷長(zhǎng)度300m，巷道斷面保證在9m2左右，滿足留巷作為回風(fēng)巷斷面的要求，同時(shí)縮短了2個(gè)月巷道掘進(jìn)時(shí)間，緩解了工作面接替緊張局面。

（2）此種簡(jiǎn)易留巷方案，工作面后方采用木垛+袋裝矸石進(jìn)行留巷，原材料易獲取，成本低投入少，有一定成效，為鄭州礦區(qū)“三軟”煤層綜放沿空留巷支護(hù)技術(shù)提供寶貴經(jīng)驗(yàn)

（3）留巷后由于受礦壓的作用，留巷內(nèi)多處巷道底鼓嚴(yán)重，留巷在使用前需重新進(jìn)行臥底。

（4）留巷后由于受頂板及采空區(qū)側(cè)壓力影響，留巷內(nèi)巷道下幫U型鋼腿有部分蜷縮變形嚴(yán)重，在使用前需重新進(jìn)行擴(kuò)修。

（5）沿空留巷的頂板下沉量與巷道寬度成正比，靠采空區(qū)的頂板下沉量比靠煤壁處的頂板下沉量要大一倍左右，直接頂明顯地向采空區(qū)傾斜，傾斜度一般在4-7°。

（6）留巷期間的通風(fēng)問(wèn)題解決需要采取邊界上山的回風(fēng)方式。

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作者簡(jiǎn)介：王建偉（1969—），男，河南新密人，工程師，1991年畢業(yè)于焦作煤校，現(xiàn)任白坪煤業(yè)總工程師