綜放工作面沿空留巷無煤柱開采技術(shù)研究

侯廣清

（蘭花科創(chuàng)玉溪煤礦有限責(zé)任公司,山西 沁水 048214）

1 概況

玉溪煤礦四采區(qū)3405綜放工作面開采3號(hào)煤層，比較穩(wěn)定，平均厚度6.2m，傾角0～7°，平均2.9°，走向長(zhǎng)度1320.5m，傾向長(zhǎng)度209m。直接頂和基本頂分別是泥巖和砂質(zhì)泥巖，水平層理發(fā)育，厚度分別2.38m和10.3m；底板為砂質(zhì)泥巖，厚度11.38m，夾薄層細(xì)砂巖?；夭上锏罏椤皟蛇M(jìn)一回”布置方式，三條巷道沿煤層頂板布置，其中34052巷為沿空留巷，如圖1所示。

圖1 工作面布置示意圖

2 沿空留巷圍巖控制技術(shù)

2.1 圍巖結(jié)構(gòu)分析

綜放工作面沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)活動(dòng)，其中的大結(jié)構(gòu)是基本頂上部巖層垮落與它的關(guān)鍵塊體破斷之后形成的平衡體；另外的小結(jié)構(gòu)主要是通過直接頂、巷道頂煤所形成的。在二次采動(dòng)的作用之下，留巷上覆巖體形成的大結(jié)構(gòu)依舊能夠處于穩(wěn)定狀態(tài)。所以利用科學(xué)的支護(hù)方法來確保小結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定是留巷能夠取得成功的重要因素。

按照關(guān)鍵塊穩(wěn)定性分析可知，其破斷而來的大結(jié)構(gòu)就是經(jīng)歷了二次采動(dòng)的作用，依舊可以保持穩(wěn)定狀態(tài)。所以，對(duì)直接頂、留巷頂煤的加固是確保穩(wěn)定性的重中之重，使它形成懸臂結(jié)構(gòu)（具有相對(duì)較強(qiáng)的承載力）。此外，為確保該結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，防止出現(xiàn)彎曲下沉問題，還應(yīng)將高強(qiáng)度的支撐提供給懸臂梁自由端，也就是通過高強(qiáng)錨索來對(duì)頂板實(shí)施補(bǔ)強(qiáng)加固處理。不僅如此，還應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)支護(hù)懸臂梁固支端，以進(jìn)一步增加其對(duì)結(jié)構(gòu)的承載能力，通過補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)來處理實(shí)體煤側(cè)。所以，綜放工作面留巷內(nèi)煤幫、頂板加強(qiáng)支護(hù)對(duì)留巷穩(wěn)定的保持起著非常關(guān)鍵的作用。

2.2 充填柔模袋加固

伴隨回采的推進(jìn)，新建設(shè)的巷旁充填體會(huì)受到來自于基本頂與直接頂傳遞的載荷。另一方面，還會(huì)受到側(cè)向壓力（該作用力是基本頂破斷之后回轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的）。同時(shí)，在工作面后方產(chǎn)生相對(duì)偏高的支承壓力，會(huì)影響到充填體的承載能力與完整性。所以，要選擇科學(xué)合理的方法來改善充填體的穩(wěn)定性與強(qiáng)度，充填之前應(yīng)當(dāng)提前在充填袋中穿上對(duì)拉鋼筋（螺紋鋼材），等到充填體凝固以后，施加適當(dāng)?shù)牧韺?duì)側(cè)向變形進(jìn)行約束。鋼筋梯布置和對(duì)拉鋼筋剖面圖如圖2所示。

圖2 鋼筋梯布置和對(duì)拉鋼筋剖面圖

2.3 單體柱加鉸接頂梁超前支護(hù)

為使留巷施工順利進(jìn)行，減小回采過程中超前支承壓力對(duì)巷道造成的負(fù)面作用，充分確保留巷質(zhì)量，采用加強(qiáng)支護(hù)，巷道內(nèi)超前工作面50m區(qū)間中布置單體液壓支柱與鉸接頂梁（1.3m）。如圖3所示。

圖3 超前支護(hù)示意圖

2.4 超前錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)

頂板每排補(bǔ)打錨索三根（1#、2#、3#），排距2.0m，和原來的錨索交錯(cuò)分布，1#的施工位置是緊貼工作面?zhèn)让簬停?#則用工字鋼連接，布設(shè)于充填體正上方，3#在離另一幫1m位置布設(shè)。1號(hào)錨索長(zhǎng)度為5.2m，Φ22mm，2、3號(hào)錨索長(zhǎng)度8.2m，Φ22mm。具體如圖4所示。

2.5 滯后加強(qiáng)支護(hù)

沿空留巷礦壓顯現(xiàn)規(guī)律表明，圍巖活動(dòng)在滯后工作面25～45m范圍內(nèi)比較強(qiáng)烈。應(yīng)當(dāng)針對(duì)該區(qū)間內(nèi)巷道實(shí)施臨時(shí)補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。和超前工作面巷道支護(hù)形式相當(dāng)，補(bǔ)強(qiáng)區(qū)域滯后工作面30～35m。

圖4 超前錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)圖（mm）

3 工業(yè)性試驗(yàn)效果

3.1 頂板壓力變化

將單體支柱壓力檢測(cè)記錄儀布置在充填體外側(cè)單體柱上，每30m安裝一個(gè)。利用它來進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，做出受力變化曲線。通過曲線得知，工作面后方17～42m內(nèi)達(dá)到最大值25MPa。后方45～125m范圍內(nèi)壓力處于穩(wěn)定狀態(tài)，處于21MPa上下。后方125m，壓力不斷下降，最后在后方315m之后進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，處于7MPa上下。

3.2 充填體受力變化

將煤礦充填體應(yīng)力計(jì)安裝于充填體內(nèi)部，每20m安裝一個(gè)，總計(jì)安裝三組，通過相應(yīng)手持采集器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集工作。1#應(yīng)力傳感器與頂板距離1.5m，處在96號(hào)充填體，處于17、18號(hào)橫川之間，與后者的間距為24m。2#應(yīng)力傳感器與頂板距離1.5m，處在104#充填體，與17#聯(lián)絡(luò)巷正對(duì)。3#應(yīng)力傳感器與頂板距離0.5m，處在200號(hào)充填體，處于11、12#聯(lián)絡(luò)巷之間，與后者的間距為24m。

對(duì)應(yīng)力傳感器獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，獲得受力變化曲線。通過曲線看出，隨著與工作面間距的提高其內(nèi)部壓力不斷提高，后方10m(工作面推過2～3d)壓力出現(xiàn)改變，推過80m之后，逐漸進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，其內(nèi)部壓力處于4 MPa以下。這表示充填體發(fā)揮了非常良好的頂板控制功能，伴隨頂板不斷下沉，充填體不斷壓縮增阻，其完整性良好，沒有發(fā)生喪失承載能力、完全碎裂等問題，設(shè)計(jì)的可壓縮性、充填體強(qiáng)度合理。

4 結(jié)論

（1）通過充填柔模袋加固措施、超前單體柱加鉸接頂梁、超前錨索補(bǔ)強(qiáng)、滯后加強(qiáng)支護(hù)等來保持留巷期間巷道頂板穩(wěn)定。

（2）工作面后方17～42m壓力達(dá)到最大值25MPa。后方45～125m壓力處于穩(wěn)定狀態(tài)，處于21MPa上下。后方315m之后進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，處于7MPa上下。

（3）隨著與工作面距離的提高充填體內(nèi)部應(yīng)力逐漸提高，80m后應(yīng)力進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，內(nèi)部應(yīng)力保持在4MPa以下。充填體完整性良好，沒有發(fā)生喪失承載能力、完全碎裂等問題。