綜放開采沿空留巷圍巖控制技術(shù)研究

趙慎棟

（汾西礦業(yè)集團(tuán)曙光煤礦， 山西 孝義 032300）

引言

沿空留巷技術(shù)利用已有巷道作為下階段采面回采巷道，可顯著降低礦井巷道掘進(jìn)工程量、降低巷道掘進(jìn)支護(hù)等生產(chǎn)成本，緩解礦井采掘接替緊張局面。隨著沿空留巷技術(shù)的不斷完善，高強(qiáng)錨桿、錨索的應(yīng)用，為沿空留巷圍巖控制提供了有效支撐[1-6]。以山西某礦3609 綜放工作面為背景，對(duì)沿空留巷圍巖控制技術(shù)進(jìn)行探討，從而形成針對(duì)礦井實(shí)際條件的圍巖控制技術(shù)。

1 工程概況

某礦3605 綜放工作面設(shè)計(jì)開采長(zhǎng)度為980 m、斜長(zhǎng)155 m，開采的6 號(hào)煤層埋深平均550 m，厚度平均5.3 m，采放比為1：1，開采3 盤區(qū)內(nèi)煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，煤層傾角10～14°。采面北側(cè)為已經(jīng)回采完畢的3603 綜放工作面、南側(cè)為3607 綜放工作面實(shí)體煤（未回采），東側(cè)為保護(hù)煤柱。

礦井以往開采采用留設(shè)35 m 煤柱方式護(hù)巷，不僅需要掘進(jìn)大量的巷道而且開采過程中采掘接替十分緊張，礦井時(shí)常面臨無面可采局面。為緩解采掘接替緊張局面，決定將3605 運(yùn)輸巷保留下來作為臨近3607 綜放工作面回風(fēng)巷。

2 3605 運(yùn)輸巷圍巖控制技術(shù)

2.1 采空區(qū)幫擋矸防護(hù)

3605 運(yùn)輸巷（巷高×寬=2.8 m×4.5 m），采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)方式。頂板采用高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力錨桿+鋼帶+金屬網(wǎng)+錨索支護(hù)；巷幫采用高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力錨桿+鋼帶+金屬網(wǎng)方式。

采面回采后采空區(qū)頂板巖層垮落，為了避免冒落矸石進(jìn)入到3605 運(yùn)輸巷內(nèi)，需要進(jìn)行擋矸防護(hù)，具體采用的擋矸防護(hù)措施為金屬網(wǎng)+塑料網(wǎng)+擋矸支柱+風(fēng)筒布+錨索支，具體見圖1。

圖1 運(yùn)輸巷擋矸支柱結(jié)構(gòu)示意圖（單位：mm）

2.1.1 金屬網(wǎng)

采用的網(wǎng)孔規(guī)格為70 mm×70 mm 金屬網(wǎng)緊貼巷道頂板鋪設(shè)，與巷道頂板布置的金屬網(wǎng)片搭接（搭接寬度在140 mm 以上）搭接每隔140 mm 用14 號(hào)鐵絲綁扎牢固，所有的連接點(diǎn)均呈Z 型方式。

2.1.2 塑料網(wǎng)

將規(guī)格為3 000 mm×1 500 mm 的塑料網(wǎng)緊貼巷幫最外側(cè)布置，在頂板位置向巷道內(nèi)有200 mm 外露距離，并采用尼龍繩與頂板金屬網(wǎng)搭接緊密；兩個(gè)臨近的塑料網(wǎng)間也采用尼龍繩扣緊。

2.1.3 風(fēng)筒布

將風(fēng)筒布布置在塑料網(wǎng)內(nèi)側(cè)且在頂板處向巷道內(nèi)側(cè)外漏200 mm 處，每間隔300 mm 用鐵絲將風(fēng)筒布與頂板金屬網(wǎng)綁扎牢固，使鋪設(shè)的風(fēng)筒布與頂、底板接觸密實(shí)，從而降低后續(xù)采面通風(fēng)時(shí)的漏風(fēng)量。

2.1.4 擋矸支柱

用11 號(hào)工字鋼作為擋矸支柱（長(zhǎng)2 300 mm），每個(gè)支柱由兩根工字鋼組成，并用U 型限位塊連接兩根上下工字鋼。上部的工字鋼布置在巷道內(nèi)側(cè)（限位塊面向采空區(qū)布置），工字鋼頂部沿著切縫線布置；下部工字鋼在外側(cè)且深入到底板中深度在500 mm以上。2 根臨近的檔桿支柱采用連接板連接，布置的擋矸支護(hù)間距為400 mm。

2.1.5 錨索

在擋矸支護(hù)中下部位置由于受到側(cè)向巖石作用力，會(huì)出現(xiàn)一定程度彎曲變形量，為了降低擋矸支柱變形量并使得支柱與采空區(qū)矸石成為一個(gè)整體，增加布置錨索控制擋矸支柱。采用的錨索規(guī)格為Φ18.9 mm×4 300 mm，每隔2 m 布置一根錨索（俯角45°），錨索錨固端深入到底板0.5 m 以上。采用長(zhǎng)度2 700 mm 工字鋼作為錨索托盤，每根托盤固定6根擋矸支柱。具體巷幫布置的錨索見圖2[7]。

圖2 巷幫錨索布置示意圖（單位：mm）

2.2 切頂卸壓

超前切頂卸壓從3605 運(yùn)輸巷起始留巷端開始至留巷端結(jié)束為止，從里向外依次進(jìn)行切頂卸壓，從而降低3605 采空區(qū)上覆巖層垮落對(duì)運(yùn)輸巷留巷段造成的影響，降低圍巖變形量。

2.3 巷道補(bǔ)強(qiáng)加固

當(dāng)對(duì)運(yùn)輸巷進(jìn)行切頂卸壓后對(duì)運(yùn)輸巷進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固，具體的補(bǔ)強(qiáng)加固范圍與切頂卸壓范圍一致，頂板、采空區(qū)幫補(bǔ)強(qiáng)分別采用錨索帶、錨索梁方式。先在擋矸支柱向采空區(qū)底板方向按照30°～45°俯角施工2 根錨索（規(guī)格Φ18.9 mm×7 500 mm），錨索排距為1 600 mm，外漏鎖具150～250 mm，每個(gè)錨索采用4 卷MSCK2360 錨固劑錨固，確保給錨索預(yù)先施加的張緊力在150 kN 以上。

2.4 臨時(shí)支護(hù)

待在采空區(qū)后方0～50 m 范圍內(nèi)采用以π 型梁+單體支柱構(gòu)成的邁步式臨時(shí)支護(hù)措施，沿著巷道走向方向布置抬棚，從而避免留巷巷道底板底鼓，發(fā)現(xiàn)支柱出現(xiàn)彎曲、支柱以及卸壓柱等情況時(shí)及時(shí)進(jìn)行修整。

在臨時(shí)支護(hù)段采用一梁五柱支護(hù)方式，其中靠近采空區(qū)的第1 根單體支柱與擋矸支柱間距離為300 mm；第2、3、4、5 根支柱與檔矸支柱間間距依次為600 mm、1 500 mm、2 500 mm、3 800 mm，具體滯后段臨時(shí)支護(hù)設(shè)計(jì)見圖3。

在3605 綜放工作面運(yùn)輸巷內(nèi)采用以切頂卸壓、巷道頂板補(bǔ)強(qiáng)加固、采空區(qū)幫擋矸支護(hù)以及滯后段臨時(shí)支護(hù)為核心的沿空留巷圍巖控制技術(shù)。

3 圍巖控制效果分析

圖3 滯后段臨時(shí)支護(hù)示意圖（單位：mm）

在3605 綜放工作面運(yùn)輸巷采用圍巖控制措施后，圍巖變形量在安全范圍內(nèi)。通過采用沿空留巷技術(shù)實(shí)現(xiàn)無煤柱開采，緩解采掘接替緊張局面的同時(shí)提升了煤炭開采率，為后續(xù)的瓦斯治理、防治水、地質(zhì)勘探等工作開展贏取了時(shí)間。采用沿空留巷后雖然需要對(duì)運(yùn)輸巷進(jìn)行修整，但是整體工程量遠(yuǎn)小于新掘巷道。

通過在3605 運(yùn)輸巷沿空留巷段圍巖變形監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，在留巷后25 d 左右時(shí)圍巖變形趨于穩(wěn)定，變形以底鼓為主，最大底鼓量為125 mm，采空區(qū)幫以及煤體幫變形均小于80 mm。總體來說，在3605 運(yùn)輸巷采用的圍巖控制技術(shù)可以滿足巷道后續(xù)使用需要。

4 結(jié)論

1）沿空留巷可顯著降低巷道掘進(jìn)工程量，提高煤炭開采效率。3605 綜放工作面運(yùn)輸巷采用切頂卸壓沿空留巷方式，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)沿空留巷巷道圍巖控制，提出采用以在采空區(qū)幫施工擋矸支柱、巷道頂板補(bǔ)強(qiáng)加固、采面后方臨時(shí)支護(hù)為核心的圍巖控制措施。

2）在3605 運(yùn)輸巷采用圍巖控制措施后，圍巖變形量在安全范圍內(nèi)，巷道變形以底鼓為主最大變形量為125 mm，巷幫、頂板變形量均在80 mm 以內(nèi)。在巷道后續(xù)使用過程中僅需要進(jìn)行局部修整即可滿足要求。