平煤十二礦己14-31070工作面沿空留巷技術(shù)實(shí)踐

黨 敬

(平煤股份公司 十二礦，河南 平頂山 467000)

1 工程概況

平煤集團(tuán)十二礦己14-31070 工作面井下位于三水平上部，工作面傾斜長度150 m，走向可采長度為570 m，開采煤層為己14煤層，屬于保護(hù)層開采工作面，煤層厚度為0～1.2 m，平均厚度為0.5 m，平均傾角為5.5°，煤層賦存較為不穩(wěn)定，存在局部尖滅的現(xiàn)象，頂板巖層為細(xì)砂巖和中粒砂巖，底板巖層為砂質(zhì)泥巖和細(xì)砂巖，具體頂?shù)装鍘r層特征如圖1所示。己14-31070 工作面采用沿空留巷技術(shù)，己14-31070 工作面進(jìn)風(fēng)巷為沿空留巷巷道，巷道沿煤層底板掘進(jìn)，掘進(jìn)斷面為梯形，掘?qū)挕辆蚋?4.8 m×3.4 m，為保障沿空留巷工程順利實(shí)施，特進(jìn)行沿空留巷方案設(shè)計(jì)。

圖1 頂?shù)装鍘r層柱狀

2 沿空留巷圍巖控制方案

2.1 巷道掘進(jìn)期間支護(hù)

巷道在掘進(jìn)期間采用錨桿+鋼帶支護(hù)，頂板錨桿采用左旋無縱筋錨桿，參數(shù)為D20 mm×2 200 mm，間排距為650 mm×700 mm；幫錨桿采用等強(qiáng)錨桿，參數(shù)為D20 mm×2 000 mm，其中高幫和低幫的錨桿間排距分別為650 mm×700 mm和750 mm×700 mm；錨桿采用樹脂錨固劑進(jìn)行端頭錨固，預(yù)緊力為300 N·m，巷道表面采用網(wǎng)孔規(guī)格為40 mm×40 mm的8號鋼筋網(wǎng)進(jìn)行護(hù)表，鋼帶采用M5型鋼帶，巷道支護(hù)如圖2所示。

圖2 巷道掘進(jìn)期間支護(hù)斷面(mm)

2.2 回采期間補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)

1) 巷旁充填體。本次沿空留巷作業(yè)，巷旁充填材料為C30混凝土，充填材料主要包括425號普通硅酸鹽水泥、細(xì)砂和石子，設(shè)置充填體寬度為2.4 m。

2) 留巷內(nèi)錨索補(bǔ)強(qiáng)。在工作面回采期間，巷道在原有支護(hù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行補(bǔ)設(shè)錨索，巷道斷面內(nèi)補(bǔ)設(shè)3根錨索，每隔兩排錨桿補(bǔ)設(shè)一排錨索，補(bǔ)設(shè)錨索采用低松弛預(yù)應(yīng)力1×7股鋼絞線，參數(shù)為D21.8 mm×7 500 mm，間排距為1 500 mm×1 400 mm，錨索錨固采用樹脂藥卷加長錨固，每孔采用2支Z2360和1支K2335樹脂錨固劑，錨固力為200 kN，預(yù)緊力為90 kN，補(bǔ)強(qiáng)錨索在超前工作面100 m前完成，具體補(bǔ)強(qiáng)錨索布置如圖3。

在回采前進(jìn)行留巷待充填區(qū)域頂板加固，由于留巷頂板為較為堅(jiān)硬致密，對待充填區(qū)域頂板加強(qiáng)支護(hù)時，主要在工作面端頭支架前方進(jìn)行，斷面內(nèi)補(bǔ)設(shè)四根錨桿和一根錨索，錨桿采用左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，參數(shù)為D20 mm×2 200 mm，間排距為850 mm×1 000 mm，設(shè)置預(yù)緊扭矩為300 N·m，錨索采用低松弛預(yù)應(yīng)力1×7股鋼絞線，參數(shù)為D21.8 mm×7 500 mm，排距為1 000 mm，預(yù)緊力為90 kN，待充填區(qū)域錨桿錨固方式采用端頭錨固，錨索采用樹脂藥卷加長錨固，待充填區(qū)域補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)如圖3。

圖3 巷內(nèi)及待充填區(qū)域補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)斷面(mm)

3) 臨時加強(qiáng)支護(hù)。在工作面回采動壓影響下，巷道圍巖的礦壓顯現(xiàn)較為劇烈，由于巷道后方充填墻體剛澆筑完畢，基本起不到支撐作用，且該階段覆巖頂板會旋轉(zhuǎn)下沉，存在把充填墻體壓壞的情況，故綜合礦壓規(guī)律[1-2]，確定對工作面后方200 m范圍進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)；另外結(jié)合工作面回采期間超前支承壓力的分布規(guī)律可知[3-4]，超前支承壓力影響區(qū)主要為超前工作面40 m的區(qū)域。

工作面超前40 m范圍內(nèi)采用一梁三柱的支護(hù)方式，即一根π型梁下支設(shè)3根單體柱，π型梁長度為3 m，單體柱分別布置在距離回采幫0.6 m、1.6 m和3.6 m的位置處；留巷區(qū)域滯后工作面200 m區(qū)域臨時支護(hù)同樣采用一梁三柱的支護(hù)方式，具體臨時支護(hù)斷面布置如圖4所示。

圖4 沿空留巷臨時支護(hù)示意(m)

3 沿空留巷效果分析

為驗(yàn)證分析己14-31070 工作面沿空留巷的實(shí)施效果，在留巷滯后工作面17 m的位置布置巷道表面位移監(jiān)測站，在超前工作面100 m的位置處布置錨桿(索)受力監(jiān)測站，隨著工作面回采作業(yè)的進(jìn)行，持續(xù)進(jìn)行監(jiān)測，并基于監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行分析，得出沿空留巷期間巷道表面位移特征及留巷內(nèi)錨桿索受力狀態(tài)。

1) 巷道表面位移特征。在工作面回采期間，根據(jù)礦壓監(jiān)測數(shù)據(jù)得出測站表面位移與距工作面距離間的關(guān)系曲線，如圖5所示。

圖5 工作面回采期間巷道表面位移曲線

由圖5(a)可知，工作面回采期間，留巷頂?shù)装逡平侩S著滯后工作面距離的增大而逐漸增大，其中頂板下沉量變形主要發(fā)生在滯后工作面17～80 m的范圍內(nèi)，當(dāng)測站滯后工作面80 m后頂板下沉速率逐漸降低，留巷頂板逐漸趨于穩(wěn)定。留巷底板巖層由于較為軟弱，同時受到采掘用水的浸泡，致使其變形速度較大，變形周期較長，當(dāng)測站滯后工作面200 m后，底板仍存在著一定的變形速率，觀測期內(nèi)頂?shù)装遄畲笠平繛?57 mm，其中底板鼓起量占到71.7%，頂板下沉量占到28.3%。

由圖5(b)可知，留巷兩幫變形量主要發(fā)生在滯后工作面17～120 m范圍內(nèi)，當(dāng)測站滯后工作面120 m后，兩幫變形速率開始逐漸下降，變形速率基本在2.5 mm/d的范圍內(nèi)，兩幫變形逐漸趨于穩(wěn)定，在觀測期間內(nèi)兩幫的最大移近量為252 mm，其中實(shí)體煤幫的變形量為156 mm，混凝土充填墻體的變形量為96 mm，實(shí)體煤幫的變形量占主要部分，占兩幫變形量的61.9%。

2) 錨桿索受力分析。工作面回采期間，針對實(shí)體煤幫錨桿、頂板錨索的受力狀態(tài)進(jìn)行長期監(jiān)測，由于實(shí)體煤幫錨桿在超前工作面100～63 m范圍內(nèi)，錨桿的受力基本未出現(xiàn)變化，故現(xiàn)主要分析在超前工作面63～5 m范圍內(nèi)的受力曲線，如圖6(a)所示，同理頂板錨索在超前工作面100～82 m范圍內(nèi)，錨索受力基本未發(fā)生變化，故針對頂板錨索的受力主要分析其超前工作面82 m至滯后工作面165 m范圍內(nèi)的受力曲線，如圖6(b)所示。

由圖6(a)可知，實(shí)體煤幫錨桿在超前工作面63～0 m范圍內(nèi)，錨桿的支護(hù)阻力基本保持在6.4～13.5 kN范圍內(nèi)，錨桿受力在距離工作面約41 m的位置處出現(xiàn)明顯的增阻現(xiàn)象，支護(hù)阻力在距離工作面19 m的位置處達(dá)到峰值狀態(tài)，支護(hù)阻力為13.5 kN，據(jù)此可判斷出工作面超前支承壓力的影響范圍約為工作面前方41 m；隨著工作面的進(jìn)一步推進(jìn)，在采動影響下托盤下方的巖體出現(xiàn)被壓碎的情況，致使出現(xiàn)支護(hù)阻力下降的現(xiàn)象。

由圖6(b)可知，當(dāng)工作面推進(jìn)至與工作面的距離小于4 m時，頂板錨索的受力開始逐漸增大，錨索在滯后工作面28 m的位置處達(dá)到最大值，其值為45.4 kN，測站在滯后工作面28～85 m范圍內(nèi)，錨索受力處于穩(wěn)定狀態(tài)，隨著工作面進(jìn)一步推進(jìn)，在頂板壓力作用下，錨索出現(xiàn)分束現(xiàn)象，進(jìn)而致使錨索的支護(hù)阻力出現(xiàn)下降的現(xiàn)象。

圖6 工作面回采期間錨桿(索)受力曲線

綜上可知，工作面回采期間，巷道頂?shù)装逡平恐械坠牧空嫉街饕糠郑业装遄冃嗡俾氏鄬^大，變形周期較長，兩幫變形量以實(shí)體煤幫的變形為主，充填墻體的變形相對較小，巷道滯后工作面120 m后圍巖變形會逐漸區(qū)域穩(wěn)定，圍巖整體變形量較?。诲^桿索受力正常，工作面超前支承壓力約為超前工作面41 m，滿足沿空留巷巷道的使用要求。