一種煤礦沿空留巷的新型支護(hù)方案

李夏敏

（山西潞安環(huán)能上莊煤業(yè)有限公司）

傳統(tǒng)綜采技術(shù)方案中，為了確保綜采作業(yè)的穩(wěn)定性，在綜采作業(yè)過(guò)程中通常會(huì)預(yù)留支護(hù)煤柱，保證巷道在綜采擾動(dòng)和礦壓波動(dòng)下的穩(wěn)定性，但是預(yù)留煤柱會(huì)導(dǎo)致井下回采率降低。沿空留巷綜采作業(yè)方案由于可以減少預(yù)留煤柱，綜采效率和煤炭回采率均比較高，因此得到了廣泛的應(yīng)用。

在綜采作業(yè)過(guò)程中，由于受到綜采擾動(dòng)的影響，導(dǎo)致頂板的不斷下沉，特別是在礦壓波動(dòng)下，會(huì)對(duì)巷道兩旁的支護(hù)體產(chǎn)生巨大的壓力。此時(shí)，為了確保支護(hù)體的穩(wěn)定性，要求支護(hù)體具有一定的可壓縮性，從而在達(dá)到支護(hù)平衡時(shí)，能在一定范圍內(nèi)適應(yīng)巷道頂板巖體的變形，減少頂板在劇烈波動(dòng)下的下沉量。結(jié)合此實(shí)際需求，提出了一種新的沿空留巷支護(hù)方案，該方案采用一種全新的墩柱支護(hù)結(jié)構(gòu)，外側(cè)為鋼管套接，內(nèi)部充填砂石和水，能夠根據(jù)壓力的不同調(diào)節(jié)支護(hù)高度，維持支護(hù)平衡性，整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性好。

1 墩柱結(jié)構(gòu)性能

井下巷道圍巖受采動(dòng)的影響會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)下沉，特別是在后期階段，頂板碎裂和下沉最為劇烈，因此為了保證巷道圍巖的穩(wěn)定性，就需要巷旁填充體能夠提供足夠的支撐力來(lái)抵抗外界應(yīng)力作用，同時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)還需要具有一定的可壓縮性，減少沿空留巷頂板的下沉量［1］。

結(jié)合井下巷道對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的需求，本研究所提出的墩柱支護(hù)結(jié)構(gòu)如圖1所示，在墩柱的外側(cè)設(shè)置有嵌套式的無(wú)縫鋼管，長(zhǎng)度均為2 000 mm，鋼管和墩柱主體間的搭接長(zhǎng)度不小于500 mm，為了保證墩柱的穩(wěn)定性，在墩柱內(nèi)部設(shè)置有混合的砂石，其中沙子、石子、石灰的比例按1∶1.2∶0.8，由上進(jìn)料口加入充填材料。為了便于井下充填操作，在墩柱的外側(cè)設(shè)置了8 組吊鉤，便于轉(zhuǎn)運(yùn)［2］，口槽主要用于排水，擋板用于防止碎石進(jìn)行到口槽內(nèi)，加強(qiáng)筋主要用于加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，支撐體用于保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，泄壓孔用于保證墩柱內(nèi)壓力的穩(wěn)定性，支護(hù)板為卸壓孔提供保護(hù)。

由墩柱的實(shí)際結(jié)構(gòu)可知，由于內(nèi)部是充滿了散料石材，因此當(dāng)在力的作用下會(huì)向下移動(dòng)，散料的密度會(huì)加大，在內(nèi)部的混合水會(huì)被擠壓出來(lái)，墩柱整體的有效應(yīng)力增加，其彈性模量逐漸加大。隨著受力的繼續(xù)進(jìn)行，散料被壓實(shí)，抗壓強(qiáng)度逐漸增大。如果外界的壓力進(jìn)一步增加，則鋼管的外側(cè)會(huì)逐漸變形，墩柱的承載能力會(huì)慢慢降低，直到達(dá)到最大破壞強(qiáng)度后，墩柱會(huì)突然垮塌。

2 井下墩柱支護(hù)方案

為了保證井下墩柱設(shè)置的穩(wěn)定性，井下墩柱施工時(shí)需要按照打墩柱、砂石混合以及墩柱加強(qiáng)3個(gè)步驟進(jìn)行，從而確保井下巷道圍巖支護(hù)的穩(wěn)定性。

打墩柱是指將墩柱固定在井下指定位置，在井下綜采作業(yè)過(guò)程中，墩柱之間的距離設(shè)置為13 m，墩柱在設(shè)置時(shí)需要緊靠著槽鋼的非側(cè)邊進(jìn)行固定，由兩個(gè)作業(yè)人員相互配合，先套接上下2 個(gè)套筒，然后對(duì)其進(jìn)行扶正，為了提升扶正的效率和精度，可以采用小型起吊設(shè)備掛住套筒的掛鉤處，逐步將其固定到槽鋼上，避免在設(shè)置過(guò)程中墩柱的傾倒。當(dāng)墩柱豎立完成后在井下兩側(cè)的支撐座上設(shè)置液壓點(diǎn)柱并對(duì)其固定，在固定過(guò)程中不得進(jìn)行強(qiáng)力推進(jìn)，避免破壞墩柱上的支撐結(jié)構(gòu)［3］。

當(dāng)墩柱豎立完成后，需要通過(guò)轉(zhuǎn)運(yùn)小車向著墩柱桶內(nèi)加入到砂石混合料，為了保證混合料的可靠性，砂、石、生石灰的比例按照1∶1.5∶0.6，混合料的注入高度需要和注料孔齊平，混合料上側(cè)加入噴射混凝土，其水泥、沙子和小石子的配合比例按1∶2∶1。為了確保混合料快速凝結(jié)，在混合料內(nèi)同步增加了速凝劑，速凝劑的量不超過(guò)水泥量的2%，在攪拌時(shí)需要混合均勻，滿足快速凝結(jié)的實(shí)際需求。

在注漿完成后，需要對(duì)墩柱進(jìn)行加強(qiáng)，用金屬網(wǎng)和墩柱上原有的鋼筋連在一起，然后將金屬網(wǎng)的另一側(cè)固定到側(cè)幫的吊鉤上，確保防護(hù)的全面性，避免落石從墩柱處掉落對(duì)墩柱造成沖擊；對(duì)采空區(qū)進(jìn)行噴漿作業(yè)［4-5］，噴漿的厚度以能夠完全將裸露的鋼筋覆蓋為準(zhǔn)，井下墩柱支護(hù)效果如圖2所示。

3 墩柱支護(hù)效果分析

為了對(duì)該新型支護(hù)方案的實(shí)際應(yīng)用效果進(jìn)行分析，在井下巷道內(nèi)設(shè)置3 個(gè)監(jiān)測(cè)站，對(duì)開采過(guò)程中沿空留巷的變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)，其監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖3所示。

由圖3（a）可知，井下巷道頂?shù)装宓钠骄平考s為321.7 mm，比墩柱應(yīng)用前的1 363.1 mm 降低了76.4%，巷道兩幫的平均移近量約為290 mm，比墩柱應(yīng)用前的857.9 mm降低了約66.2%，顯著提升了井下巷道支護(hù)的穩(wěn)定性和可靠性。同時(shí)在整個(gè)開采過(guò)程中墩柱的最大下沉量約為244 mm，具有一定的可壓縮性，提升了在礦壓波動(dòng)下的穩(wěn)定性。

4 結(jié)論

（1）為了保證巷道圍巖的穩(wěn)定性，就需要巷旁填充體能夠提供足夠的支撐力來(lái)抵抗外界應(yīng)力作用，同時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)還需要具有一定的可壓縮性，減少沿空留巷頂板的下沉量。

（2）在井下墩柱施工時(shí)需要按照打墩柱、砂石混合以及墩柱加強(qiáng)3個(gè)步驟進(jìn)行，從而確保井下巷道圍巖支護(hù)的穩(wěn)定性。

（3）該新型支護(hù)方案能夠?qū)⑾锏理敯宓淖畲笞冃瘟拷档?6.4%，將巷道兩幫變形量降低66.2%，在整個(gè)開采過(guò)程中墩柱的最大下沉量約為244 mm，為提升煤礦井下支護(hù)安全性奠定了基礎(chǔ)。