郭莊煤礦3308工作面沿空留巷支護(hù)設(shè)計研究與應(yīng)用

申 軍

（山西潞安郭莊煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 長治046100）

0 引言

郭莊煤礦3308工作面東部是還未回采的3307工作面，西部是還未回采的3309工作面，南部是三采區(qū)回風(fēng)大巷，北部是二采區(qū)回風(fēng)大巷[1]。3308工作面整體走向長2 178 m，傾向長205 m，傾角約18°。

1 地質(zhì)概況

3308工作面位于3號煤層，屬于二疊系山西組地層中下部，煤層總厚度為6.15 m，屬穩(wěn)定可開采煤層，煤層是南北走向，傾角0°～16°，煤層堅固性系數(shù)為0.4～0.6，煤質(zhì)是貧煤，具有特低硫、特低磷、中灰、熱穩(wěn)定性好、特高熱質(zhì)的特點(diǎn)，黑色、光亮型，煤層下部為粉末狀，夾矸為砂質(zhì)泥巖，煤層埋藏深度為382～425 m。工作面的平面布置圖如圖1所示。

圖1 工作面布置圖

2 支護(hù)設(shè)計

2.1 巷旁支護(hù)設(shè)計

3308工作面皮帶順槽總長度為2 178 m，皮帶順槽沿空留巷可作為未回采3309工作面軌道順槽使用。受陷落柱的影響，3308工作面皮帶順槽前104 m不進(jìn)行柔模墻留設(shè)，自3309工作面切眼處開始澆筑柔模水泥墻[2]，沿空留巷總長度為1 490 m。根據(jù)礦井條件以及皮帶順槽沿空留巷的施工要求，設(shè)計3308工作面皮帶順槽留巷寬度為4 300 mm，凈寬4 100 mm，巷旁支護(hù)寬度為1 500 mm。根據(jù)計算結(jié)果，確定3308皮帶順槽巷旁支護(hù)體采用三維紡織結(jié)構(gòu)水泥漿，以柔性模板和對拉錨栓作為增強(qiáng)體，水泥漿作為基體的復(fù)合材料。

采用煤礦用的柔性模板，主要包括內(nèi)部拉筋和外部加筋纖維布[3]，外形與支護(hù)體相同，是支護(hù)體的預(yù)成型體，上方設(shè)有自閉灌注口和固定裝置，具有輕質(zhì)量、高強(qiáng)度、施工方便等特性，采用強(qiáng)度等級為M40的自密實、早強(qiáng)、高強(qiáng)的水泥漿。

使用?22 mm的左旋無縱筋螺紋鋼筋，鋼號為500，在桿體的兩端都設(shè)有M22的螺紋，采用滾壓加工成型工藝，螺紋的長度150 mm以上，桿體的長度比墻體厚度大250 mm，具體的錨栓結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 螺栓結(jié)構(gòu)圖

采用拱形高強(qiáng)度托盤，配套使用球形墊和減阻尼龍墊圈，托盤尺寸是150 mm×150 mm×12 mm，拱形高度大于36 mm，托盤的承載能力在23 t以上，螺帽厚度大于32 mm，每排布置5根錨栓，間排距750 mm×550 mm，全部垂直于墻面安設(shè)，墻體成型3 d后，在留巷內(nèi)通過扭矩扳手給錨栓施加300 N·m的預(yù)緊扭矩。采用?16 mm鋼筋焊接而成，鋼筋鋼帶根據(jù)柔性模板尺寸主要加工4種規(guī)格，分別為長2、3、4、3.5 m，沿空留巷支護(hù)斷面如圖3所示。

圖3 皮帶順槽沿空留巷支護(hù)斷面圖

2.2 待澆筑空間圍護(hù)設(shè)計

在巷旁支護(hù)施工前，首先要先對頂板的臨時支護(hù)范圍進(jìn)行確定，這個范圍就是待澆筑空間，待澆筑空間范圍越大，巷道頂板的穩(wěn)定性就越差，涌入留巷內(nèi)有害氣體和矸石等數(shù)量也就越多。主要包括端頭區(qū)圍護(hù)、采空區(qū)圍護(hù)和待澆筑空間支護(hù)3個方面。

端頭區(qū)圍護(hù)是指當(dāng)過渡支架所在位置的頂板上具有錨網(wǎng)支護(hù)結(jié)構(gòu)時，回采過程中需要在頂梁上部背足木梁，木梁軸向與工作面煤壁平行，通過木梁支護(hù)頂板，嚴(yán)禁支架頂梁直接作用頂板，確保支架升降、移架過程中不破壞原有支護(hù)結(jié)構(gòu)。采空區(qū)圍護(hù)的目的是防止生產(chǎn)期間采空區(qū)矸石涌入留巷內(nèi)，工作面回采后頂板隨采隨冒，采空區(qū)矸石自溜到運(yùn)輸巷一側(cè)，對沿空留巷施工不利，設(shè)計采用沿空留巷擋矸支架圍護(hù)采空區(qū)[4]（見圖4），滿足沿空留巷工藝要求，安全可靠，綜放支架前移后，沿空留巷擋矸支架同步前移，為沿空留巷創(chuàng)造安全作業(yè)空間。為了防止?jié)仓酀{墻體前，待澆筑空間的頂板過早下沉或垮冒，待過渡支架前移之后，待澆筑空間采用“一梁兩柱”臨時支護(hù)，π型梁長1 500 mm，臨時支護(hù)間排距1 200 mm×600 mm，垂直與沿空留巷走向打設(shè)。

圖4 擋矸支架圍護(hù)支護(hù)示意圖

2.3 臨時加強(qiáng)支護(hù)設(shè)計

超前工作面不小于50 m范圍內(nèi)靠回采側(cè)為“一梁一柱”，其余“一梁三柱”支護(hù)頂板，排距900 mm。滯后工作面“一梁四柱”臨時支護(hù)，排距900 mm，鋼梁距柔模墻50 mm。澆筑柔模1 d后拆除支模單體，打設(shè)滯后臨時支護(hù)單體，單體支柱三用閥必須有配套的安全防護(hù)罩。皮帶順槽超前臨時加強(qiáng)支護(hù)斷面見圖5，單體液壓支柱型號為：DW40-350/110X，π型梁長度為3 700、1 000、4 000 mm。

圖5 皮帶順槽超前臨時加強(qiáng)支護(hù)斷面圖

3 應(yīng)用分析

3308工作面回采和留巷采用沿空留巷支護(hù)技術(shù)后，監(jiān)測巷道圍巖的變形量，在皮帶順槽每隔30 m設(shè)置監(jiān)測站，記錄巷道兩幫及頂?shù)装宓淖冃吻闆r，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，在工作面回采和留巷期間，皮帶順槽留巷后，巷道兩幫的移近量在112 mm左右，頂?shù)装宓囊平吭?42 mm左右，保證了沿空留巷的穩(wěn)定性，滿足下個工作面的安全回采要求。

3308皮帶順槽沿空留巷支護(hù)成功后，3309工作面可減少回采巷道2 300 m；掘進(jìn)綜合費(fèi)用約6 000元/m，則減少回采巷道可產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益1 380萬元。

4 結(jié)論

針對郭莊煤礦3308工作面皮帶順槽難支護(hù)的問題，根據(jù)礦井的地質(zhì)條件，提出一種沿空留巷支護(hù)技術(shù)，結(jié)果如下：

1）從巷旁支護(hù)、待澆筑空間圍護(hù)以及臨時加強(qiáng)支護(hù)三方面進(jìn)行支護(hù)設(shè)計，對巷旁支護(hù)體采用三維紡織結(jié)構(gòu)水泥漿，對待澆筑空間圍護(hù)采用沿空留巷擋矸支架和“一梁兩柱”的支護(hù)方式，對臨時加強(qiáng)采用單體和支架相結(jié)合的支護(hù)方式，以此提高沿空留巷支護(hù)的的穩(wěn)定性。

2）在使用沿空留巷支護(hù)后，保證了沿空留巷的穩(wěn)定性，同時減少回采巷道2 300 m，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益約1 380萬元。

作者簡介：

[1]塵興邦，丁鍇，姜子琦.沿空留巷施工與支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用研究現(xiàn)狀［J］.世界有色金屬，2019（16）：198.

[2]楊建忠.沿空留巷施工與支護(hù)技術(shù)現(xiàn)狀分析［J］.能源與節(jié)能，2020（9）：142-143.

[3]錢志良，楊宏偉，高宏.變厚煤層沿空留巷支護(hù)技術(shù)[J].煤礦安全，2019，50（7）：124-129.

[4]畢延強(qiáng).西銘礦42206工作面皮帶巷沿空留巷支護(hù)技術(shù)研究[J]．煤礦現(xiàn)代化，2020（4）：179-181，184．