沿空留巷技術(shù)在伯方煤礦中的應(yīng)用研究

王建強(qiáng) 秦 超

（山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司伯方煤礦分公司，山西 晉城 048000）

伯方煤礦在3#煤層3308 工作面回采完成后，擬在3307工作面、3309工作面采用小煤柱沿空留巷。但由于留小煤柱沿空掘巷，受臨近采空區(qū)側(cè)向支承壓力影響，巷道變形量大，維護(hù)困難，在回采階段需對(duì)3308 工作面兩順槽加強(qiáng)支護(hù)，保證采空區(qū)側(cè)向支承壓力影響下巷道圍巖變形在可控范圍，為后期小煤柱開(kāi)采時(shí)的合理煤柱尺寸留設(shè)以及3307、3309 工作面順利回采創(chuàng)造安全條件。

1 工作面概況

3308 工作面是三盤(pán)區(qū)第一個(gè)沿空留巷工作面，煤層賦存條件較好，傾角在1°～7°之間，煤層平均厚度為5.41m。工作面傾向長(zhǎng)度是210m，走向長(zhǎng)度1900m?；卷敒槠骄穸?6.65m 的由碎屑、石英、白云母組成的粗砂巖，緊密結(jié)實(shí)；直接底為平均厚度3m 的細(xì)砂巖；基本底為平均厚度 2.7m 的泥巖，上部有細(xì)砂巖。以“兩進(jìn)一回”的布置形式沿煤層頂板掘進(jìn)3 條巷道，巷道布置示意圖如圖1所示。

圖1 巷道布置示意圖

2 沿空留巷工藝技術(shù)

通過(guò)分析工作面覆巖關(guān)鍵塊的穩(wěn)定性可知：在二次采動(dòng)的影響下，由于塊體斷裂而產(chǎn)生的大結(jié)構(gòu)仍能保持穩(wěn)定狀態(tài)，直接頂和留巷頂煤的懸臂結(jié)構(gòu)是否能承載較大壓力是影響綜放作業(yè)面留巷穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。通過(guò)對(duì)頂板實(shí)施錨索補(bǔ)強(qiáng)加固措施，增強(qiáng)其自由端支撐，保證懸臂結(jié)構(gòu)在較大的承載力下不出現(xiàn)彎曲，使其具備滿(mǎn)足要求的可靠性。除此之外，通過(guò)加強(qiáng)懸臂梁的固支端即開(kāi)展煤壁側(cè)補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)作業(yè)，從而加強(qiáng)懸臂梁的承載性，具體實(shí)施方法如下：

（1）膜袋加固。在不斷推移的回采作業(yè)過(guò)程中，上部覆巖下沉就會(huì)產(chǎn)生向下的壓力，這個(gè)壓力逐漸施加在巷旁充填體，并且基本頂會(huì)發(fā)生破斷回轉(zhuǎn)，會(huì)產(chǎn)生需要巷旁充填體直接承載的側(cè)向壓力。在雙重壓力下，工作面后方產(chǎn)生的支撐壓力變得更高，嚴(yán)重影響充填體的承載力和完整性，需要制定能夠增強(qiáng)充填體穩(wěn)定性和強(qiáng)度的合理的方案措施：將螺紋鋼對(duì)拉鋼筋于充填作業(yè)前布置到充填膜袋內(nèi)，鋼筋在充填液體凝固了以后就需施加側(cè)向約束力，從而提升充填體的穩(wěn)定性和強(qiáng)度。拉鋼筋布設(shè)如圖3所示。

圖2 對(duì)拉鋼筋布設(shè)示意圖

（2）“超前單體+鉸接頂梁”支護(hù)。實(shí)施“單體液壓支柱+鉸接頂梁”的支護(hù)方案，在超前作業(yè)面 20m 區(qū)域范圍內(nèi)布置以加強(qiáng)支護(hù)。采用1.2m 長(zhǎng)的鉸接頂梁，使超前支撐壓力對(duì)留巷產(chǎn)生的影響最大限度的縮減，從而達(dá)到增強(qiáng)巷道安全性和穩(wěn)定性的目的?！俺皢误w+鉸接頂梁” 支護(hù)布置圖如圖4 所示。

（3）頂板錨索補(bǔ)強(qiáng)。在留巷頂板再次打設(shè)錨索，每一排新增3 根錨索，采用2m 的間距，且與之前的錨索交錯(cuò)布置。其中1#、2#和3#錨索分別布置在作業(yè)面煤幫、充填體正上方和距幫壁1m 處。1#、2#和3#均采用直徑22mm 的錨索，其長(zhǎng)度分別為5.3m、8.3m 和8.3m。錨索布置示意圖如圖5 所示。

圖3 “超前單體 + 鉸接頂梁”支護(hù)布置圖

圖4 錨索布置示意圖

（4）針對(duì)在3308 工作面回采后極容易出現(xiàn)頂板垮落巖塊現(xiàn)象，借助于廢舊的36U 型鋼材質(zhì)的柱腿搭設(shè)于巷道上方，以此來(lái)防止頂板垮落巖塊進(jìn)入巷道。同時(shí)，將菱形網(wǎng)提前布設(shè)在液壓支架的上方，并搭接在巷道頂板的鐵絲網(wǎng)上，起到擋矸的作用。36U 型鋼柱腿示意圖如圖 6 所示。

圖 5 36U 型鋼柱腿示意圖

3 實(shí)施效果分析

在充填體安置型號(hào)為GPD30 應(yīng)力感應(yīng)裝置，測(cè)量和記錄充填體的應(yīng)力，繪制應(yīng)力曲線(xiàn)如圖7 所示。分析圖7 應(yīng)力曲線(xiàn)可知：充填體內(nèi)部所承受的壓力隨著工作面間隔的增加而緩慢增加。壓力在作業(yè)面后方10m 處開(kāi)始出現(xiàn)變化，推進(jìn)至80m 時(shí)，壓力開(kāi)始走向平穩(wěn)，且內(nèi)部壓力≤4MPa?？傊?，工作面頂板在回采作業(yè)過(guò)程中慢慢下沉，而充填體受到擠壓壓縮增阻，對(duì)頂板起到很強(qiáng)的支撐作用，使頂板變形在可控范圍內(nèi)，充填體始終保持良好的完整性和穩(wěn)定性，且可壓縮性和設(shè)計(jì)強(qiáng)度滿(mǎn)足使用要求。

圖6 應(yīng)力曲線(xiàn)

在33088 工作面回采期間，臨時(shí)采取木垛、加密點(diǎn)柱等方式對(duì)支護(hù)情況進(jìn)行強(qiáng)化，實(shí)現(xiàn)對(duì)巷道變形的有效控制。結(jié)合觀測(cè)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)：回采期間，整條巷道的頂板最大下沉量為200mm，平均下沉量在90mm 左右。因此，采用膜袋加固、“超前單體+鉸接頂梁”支護(hù)、頂板錨索補(bǔ)強(qiáng)等措施可有效抵制采空區(qū)側(cè)向壓力的影響，控制留巷的變形。

4 結(jié)語(yǔ)

伯方煤礦在3#煤層開(kāi)采過(guò)程中，根據(jù)實(shí)際情況開(kāi)展留巷工藝的研究和應(yīng)用，找出合適礦井地質(zhì)條件的沿空留巷工藝，從而助力礦井向高效益、更安全方向發(fā)展。