唐安煤礦沿空留巷支護(hù)技術(shù)研究

潘 峰

（山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司山西省晉城市048000）

0 引言

沿空留巷技術(shù)具有可實(shí)現(xiàn)無(wú)煤柱開采、提高回采率、優(yōu)化礦井通風(fēng)方式和提高采掘效率等優(yōu)勢(shì)。而沿空留巷時(shí)由于巷道一側(cè)臨近采空區(qū)，給巷道的支護(hù)帶來(lái)了一定的困難[1-3]。為此，需對(duì)沿空留巷支護(hù)技術(shù)進(jìn)行研究，提高沿空留巷的施工效率和安全性[4-5]。

1 工程概況

唐安煤礦位于高平市馬村鎮(zhèn)境內(nèi)，目前，唐安煤礦正在開采三盤區(qū)，為提高采掘效率，降低煤礦生產(chǎn)成本，決定在三盤區(qū)3307工作面進(jìn)行沿空留巷，將3307工作面的軌道巷保留下來(lái)，作為相鄰工作面的皮帶巷。3307工作面軌道巷老頂堅(jiān)硬不易垮落，沿空留巷支護(hù)難度較大。

2 沿空留巷切頂卸壓技術(shù)

在進(jìn)行沿空留巷道時(shí)，若采空區(qū)上覆老頂強(qiáng)度較高，無(wú)法斷裂，則可形成懸頂現(xiàn)象。在礦山巖層控制中，我們可把這種強(qiáng)度高、完整性好的老頂稱為關(guān)鍵塊。老頂關(guān)鍵塊懸頂，可增加巷道上覆荷載，引起保留巷道的圍巖支護(hù)阻力變大，給沿空留巷的支護(hù)帶來(lái)一定的困難?？刹捎们许斝秹杭夹g(shù)對(duì)關(guān)鍵塊進(jìn)行卸壓處理。煤礦巷道頂板切頂卸壓一般采用爆破法，在進(jìn)行爆破切頂卸壓時(shí)，應(yīng)根據(jù)巷道圍巖力學(xué)參數(shù)進(jìn)行爆破參數(shù)設(shè)計(jì)，并選擇合理的起爆方式。預(yù)裂爆破切頂卸壓技術(shù)原理圖如圖1所示。結(jié)合唐安煤礦3307工作面沿空留巷頂板特性，對(duì)預(yù)裂爆破切頂卸壓技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)如下：

（1）爆破器材：φ60×480 mm三級(jí)煤礦許用乳化炸藥，煤礦許用8號(hào)瞬發(fā)電雷管；

（2）孔網(wǎng)布置：平行布置方式，炮孔直徑75 mm，傾角70°，長(zhǎng)度11.5 m，間距1.5 m；

（3）裝藥參數(shù)：?jiǎn)慰籽b藥量16.2 kg，裝藥長(zhǎng)度5.76 m，封孔長(zhǎng)度5.74 m（圖2）；

（4）爆破方式：串聯(lián)起爆。

圖1 預(yù)裂爆破切頂卸壓技術(shù)

圖2 炮孔裝藥結(jié)構(gòu)

切頂卸壓時(shí)首先在超前工作面50 m外，施工預(yù)裂鉆孔，在超前工作面30 m～50 m范圍內(nèi)（根據(jù)施工和工作面推進(jìn)情況實(shí)時(shí)調(diào)整），進(jìn)行鉆孔預(yù)裂爆破，每次起爆5個(gè)鉆孔，形成切頂缷壓預(yù)裂切縫線。待工作面推過(guò)后，及時(shí)采用圍護(hù)支架沿切縫線擋矸，澆筑柔模混凝土墻體隔絕采空區(qū)，保證巷道穩(wěn)定。

3 沿空留巷支護(hù)設(shè)計(jì)

錨桿（索）支護(hù)技術(shù)是目前巖土支護(hù)領(lǐng)域最為常用的技術(shù)之一，煤礦領(lǐng)域錨桿（索）支護(hù)理論可分為三大類：懸吊理論、組合梁理論和擠壓加固作用，錨桿（索）作用于巷道圍巖后可降低圍巖中拉應(yīng)力的分布范圍，避免巷道圍巖發(fā)生離層、開裂等現(xiàn)象，提高圍巖的整體性和穩(wěn)定性。

3.1 巷道圍巖支護(hù)設(shè)計(jì)

臨近采空區(qū)一側(cè)的圍巖支護(hù)，即巷旁支護(hù)，有效的巷旁支護(hù)可隔離采空區(qū)有毒有害氣體、優(yōu)化巷道斷面的支護(hù)壓力。結(jié)合錨桿（索）支護(hù)理論，考慮沿空留巷道的后期使用要求，并結(jié)合唐安煤礦的實(shí)際地質(zhì)力學(xué)參數(shù)，經(jīng)研究決定在3307工作面預(yù)留巷道采用“錨桿+錨索+金屬網(wǎng)+柔?；炷?錨栓”的綜合支護(hù)方案。支護(hù)參數(shù)如下：3307工作面沿空留巷頂板采用φ21.6×8 300 mm錨索與φ20×2 200 mm高強(qiáng)錨桿，錨索間排距離為1 800×900 mm，錨桿間排距為900×900 mm；巷內(nèi)幫采用φ20×2 200 mm的高強(qiáng)錨桿，錨桿間排距與頂錨相同；為隔離采空區(qū)的有害物質(zhì)，巷旁支護(hù)采用強(qiáng)度等級(jí)C30的柔?；炷僚cφ20×1 550 mm的高強(qiáng)螺紋鋼，錨栓間排距為900×750 mm；金屬網(wǎng)采用網(wǎng)孔尺寸為50×50 mm的菱形金屬網(wǎng)。3307工作面沿空留巷支護(hù)斷面圖如圖3所示。

圖3 沿空留巷支護(hù)斷面圖

3.2 待澆筑空間圍護(hù)設(shè)計(jì)

在巷旁支護(hù)澆筑C30柔?；炷燎埃璨捎脟o(hù)支架（圖4）為待澆空間提供良好的作業(yè)環(huán)境，同時(shí)，改善沿空留巷的圍巖應(yīng)力分布。因此，圍護(hù)支架需滿足以下條件：

（1）滿足支護(hù)強(qiáng)度要求，加強(qiáng)切頂效果，支護(hù)強(qiáng)度1.2 MPa以上；

（2）能適用工作面軌道巷沿空留巷的擋矸要求，采空區(qū)行走，穩(wěn)定性好；

（3）可以自行移動(dòng)，與工作面支架不連接；

（4）可以機(jī)械化安裝柔模；

（5）滿足每天最大10 m的回采推進(jìn)要求；

（6）滿足柔模混凝土沿空留巷的工藝要求；

（7）具備手動(dòng)、電液和遙控控制功能。

圖4 維護(hù)支架整體效果圖

唐安煤礦3307工作面沿空留巷待澆筑空間圍護(hù)支架由兩組四架組成，兩架為一組。圍護(hù)支架位態(tài)是指圍護(hù)支架在某個(gè)時(shí)間處于的位置和狀態(tài)。生產(chǎn)班割第一刀煤后，采空區(qū)側(cè)支架首先前移擋矸，靠墻側(cè)支架原位不動(dòng)。沿空留巷圍護(hù)支架主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 沿空留巷圍護(hù)支架的主要技術(shù)參數(shù)

需要說(shuō)明的是，巷旁支護(hù)采用的C30的柔?；炷恋臐仓ば蛱幱趪o(hù)支架布置完成之后，柔模混凝土采用自下向上的澆筑順序，為避免澆筑大體積混凝土可能產(chǎn)生的裂縫問(wèn)題，每次澆筑高度900 mm，最后一次澆筑高度為500 mm，每次澆筑長(zhǎng)度11 m，上一層的混凝土需等下層混凝土終凝后進(jìn)行澆筑，澆筑前對(duì)下層混凝土做剔層處理，增加分層之間的粘合度。

3.3 臨時(shí)加強(qiáng)支護(hù)設(shè)計(jì)

當(dāng)沿空留巷經(jīng)過(guò)復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造區(qū)或采動(dòng)劇烈影響區(qū)時(shí)，可采用臨時(shí)加強(qiáng)支護(hù)保證沿空留巷的作業(yè)安全?？紤]3307沿空留巷的實(shí)際情況，在3307沿空巷道采用一梁四柱進(jìn)行臨時(shí)加強(qiáng)支護(hù)。3307工作面沿空留巷臨時(shí)加強(qiáng)支護(hù)設(shè)計(jì)斷面圖如圖5所示。

圖5 沿空留巷臨時(shí)加強(qiáng)支護(hù)斷面圖

4 圍巖位移觀測(cè)

為考察3307工作面沿空留巷支護(hù)效果，沿空巷道內(nèi)距工作面每隔30 m布置圍巖位移測(cè)量?jī)x,結(jié)果見6。

圖6 沿空留巷圍巖位移監(jiān)測(cè)

由圖6可知，在3307工作面沿空留巷采用“錨桿+錨索+金屬網(wǎng)+柔?；炷?錨栓”的綜合支護(hù)技術(shù)后，巷道圍巖位移得到有效控制，兩幫移近量和頂板下沉量最大值分別為35 mm和25 mm，圍巖位移量較小，均在可控范圍。

5 結(jié)論

（1）以唐安煤礦三盤區(qū)3307工作面需將軌道巷保留，作為臨近工作面的皮帶巷為工程背景，介紹了沿空留巷切頂卸壓技術(shù)，并對(duì)3307工作面沿空留巷預(yù)裂爆破卸壓參數(shù)進(jìn)行了選?。?/p>

（2）闡述了錨桿（索）三大支護(hù)理論，提出在3307工作面沿空留巷采用“錨桿+錨索+金屬網(wǎng)+柔模混凝土+錨栓”的綜合支護(hù)技術(shù)，對(duì)待澆筑空間圍護(hù)和臨時(shí)加強(qiáng)支護(hù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，監(jiān)測(cè)了沿空留巷的圍巖位移量，結(jié)果表明，在3307工作面沿空留巷采用“錨桿+錨索+金屬網(wǎng)+柔?；炷?錨栓”的綜合支護(hù)技術(shù)后，圍巖應(yīng)力分布得到有效改善，圍巖位移量較小，處于可控范圍之內(nèi)，保證了工作面巷道圍巖的頂板安全。