厚煤層綜放工作面沿空留巷技術(shù)研究

關(guān)漢杰

（長治市上黨區(qū)應(yīng)急管理局，山西 長治 047100）

合理利用資源，實現(xiàn)綠色開采有利于煤炭企業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，沿空留巷無煤柱開采[1-2]則是提高煤炭資源回收率的重要途徑之一，同時能夠提升礦井經(jīng)濟效益，有助于實現(xiàn)礦井安全高效開采。

1 工程概況

雄山五礦W30803 工作面位于井田西北部，東側(cè)為W308 運輸巷，南側(cè)為W30804 備用工作面，西側(cè)為井田村莊保安煤柱，北側(cè)為W30802 采空區(qū)。該工作面開采3 號煤層，煤層平均厚5.82 m，局部含一層0.1 m 夾矸，煤層平均傾角3°，埋深平均240 m。煤層直接頂為炭質(zhì)泥巖，厚3.04 m；基本頂為細粒砂巖，厚6.6 m；底板為泥巖和粉砂巖。W30803 工作面切眼長200 m，進風(fēng)順槽長585 m，回風(fēng)順槽長600 m，采用綜采放頂煤開采，割煤高度2.2 m，放煤高度3.32 m。為減少煤炭資源浪費，W30803 工作面進風(fēng)順槽進行沿空留巷作業(yè)，作為W30804 工作面回風(fēng)巷使用。W30803 工作面進風(fēng)順槽沿煤層底板留頂煤掘進，掘?qū)?.8 m，掘高3.0 m。順槽巷道采用“錨桿、錨索+鋼筋托梁配 W 鋼護板+工字鋼”組合支護，頂板支護如圖1。

圖1 進風(fēng)順槽巷道頂板原支護圖（mm）

2 沿空留巷方案設(shè)計

2.1 巷道補強支護

留巷要經(jīng)歷采動應(yīng)力全過程影響。為了維護巷道頂板穩(wěn)定，在W30803 工作面回采前采用錨索對進風(fēng)順槽頂板進行補強支護，如圖2。

圖2 進風(fēng)順槽頂板補強圖（mm）

（1）支護形式

結(jié)合臨近工作面礦壓數(shù)據(jù)分析，考慮下個工作面采動后頂板垮落的問題，進風(fēng)順槽頂板錨索由基本的“3-2-3”支護形式補強為“4-3-4”的支護形式，即見3 補1 形成4、見2 補1 形成3。原支護錨索每排為2 根時，在距煤柱側(cè)300 mm 處補打一根單點錨索；原支護錨索每排為3 根時，在距回采幫1500 mm 補打一根錨索，與原支護錨索在同一排，防止頂板沿墻體剪切。

（2）錨索支護參數(shù)

進風(fēng)順槽沿3 號煤底板留頂煤掘進，頂煤厚度2.82 m，直接頂為3.04 m 厚炭質(zhì)泥巖，上部為6.6 m厚細粒砂巖。巷道頂板原支護錨索長8.3 m，進入穩(wěn)定巖層，因此確定補強錨索長度同為8.3 m。采用三支錨固劑樹脂加長錨固，預(yù)緊力不低于250 kN。

（3）護表支護

為了提高順槽巷道頂板表面支護強度，防止因動壓作用導(dǎo)致巷道頂板沿充填墻體出現(xiàn)剪切破壞，出現(xiàn)臺階下沉導(dǎo)致頂煤掉落，在巷道頂板靠近回采側(cè)2.0 m 范圍內(nèi)，在原頂網(wǎng)的技術(shù)上增加一層菱形金屬網(wǎng)進行補強加固。

2.2 預(yù)裂爆破切頂護巷

工作面回采后直接頂垮落，基本頂破斷回轉(zhuǎn)過程中會產(chǎn)生對留巷頂板的擠壓力，導(dǎo)致留巷頂板受力增大，頂板穩(wěn)定性降低，留巷圍巖出現(xiàn)大變形，特別是巷旁支護體受集中應(yīng)力作用，必將破壞，從而導(dǎo)致留巷的失敗。因此，采用聚能爆破[3-4]的方法切斷基本頂巖層，阻斷采動應(yīng)力傳遞，同時使垮落帶巖層充滿采空區(qū)，減小基本頂?shù)幕剞D(zhuǎn)變形是決定留巷成敗的關(guān)鍵。

（1）爆破孔布置參數(shù)

在進風(fēng)順槽頂板距巷幫300 mm 布置一排爆破孔，爆破鉆孔間距1000 mm，深度為18 mm，直徑為60 mm，爆破孔傾角為75°，朝向采空區(qū)。

（2）裝藥參數(shù)

爆破孔深18 m，裝藥長度12 m，封孔長度6 m。采用孔底不耦合連續(xù)裝藥，聚能管定向爆破，聚能管外徑為45 mm，內(nèi)徑為35 mm。孔內(nèi)線裝藥密度為1.1 kg/m，單孔裝藥量為13.2 kg。采用裝5 空1的方式，即連續(xù)5 個爆破孔裝藥，空1 個措施孔不裝藥，措施孔與裝藥孔間距為600 mm。采用串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)進行起爆，5 個裝藥孔為一組，單次起爆最多3 組15 個孔。為保證頂板安全，預(yù)裂爆破作業(yè)需在工作面順槽巷道超前支護范圍外進行，即超前工作面不少于30 m；同時在斷層及圍巖破碎帶、陷落柱、頂板淋水區(qū)、瓦斯異常區(qū)等復(fù)雜地段及其前后各15 m 范圍內(nèi)禁止爆破。

2.3 巷旁支護

W30803 工作面進風(fēng)順槽采用柔模混凝土進行巷旁支護，以隔離采空區(qū)切斷采空區(qū)頂板，并給留巷頂板提供支撐，如圖3。

圖3 柔?；炷翝仓疽鈭D（mm）

（1）澆筑空間維護

為了維護架后采空區(qū)頂板穩(wěn)定，應(yīng)采取以下措施：① 增加工作面機頭過渡架尾梁千斤頂行程，以使尾梁升平后能與頂梁平齊，防止拉架后頂板垮冒或過度下沉；② 在工作面機頭4 組排頭架前鋪設(shè)雙層金屬網(wǎng)，鋪網(wǎng)寬度不小于12 m；③ 在機頭1#和2#架支架打設(shè)架間補強錨索，參數(shù)與巷內(nèi)補強錨索一致；④ 在機頭1#和2 架后采空側(cè)安設(shè)檔矸支架，控制維護待澆筑空間頂板；⑤ 在擋矸架巷道側(cè)打設(shè)點柱，間距為1000 mm。

（2）充填墻體構(gòu)筑

柔?；炷翂5-6]位于順槽巷道內(nèi)，長3.2 m，寬1.2 m，高3.0 m，留巷寬度3.6 m。墻體充填材料采用C40 混凝土，在墻體內(nèi)布置對拉錨栓，錨栓采用500 號左旋無縱肋螺紋鋼制作，直徑25 mm，長1400 mm，配套150 mm×150 mm×12 mm 高強托盤；錨栓間排距為750 mm×750 mm，每排5 根，共布置4 排。由于采空區(qū)頂板運動會對留巷內(nèi)充填產(chǎn)生一個向采空區(qū)方向的水平拉力，導(dǎo)致充填墻體傾斜受力降低，因此，支掛模單體支柱需向巷內(nèi)傾斜 3°～5°，以抵消采空區(qū)頂板水平拉力作用。根據(jù)工作面回采速度及礦壓顯現(xiàn)情況，單次澆筑混凝土墻以1 個為佳，不宜超過2 個。

（3）巷內(nèi)臨時支護

在進風(fēng)順槽超前工作面20 m 范圍內(nèi)，采用單體柱和π 型鋼梁打設(shè)一梁三柱進行架棚支護，π型鋼梁長3000 mm；棚子沿巷道軸向布置，第一排距工作面?zhèn)?00 mm，第二排距第一排600 mm，第三排距第二排1300 mm，第四排距第三排1500 mm，梁內(nèi)單體柱間距為1000 mm。在進風(fēng)順槽滯后工作面200 m 范圍內(nèi)布置三排架棚支護，第一排距充填墻體100 mm，第二排距第一排1500 m，第三排距第二排1500 mm。

3 留巷效果

為評價沿空留巷效果，對留巷內(nèi)錨索受力、充填體受力和圍巖變形進行觀測。在工作面前方40 m處巷道變形逐步增大，在滯后工作面100 m 內(nèi)巷道變形速度急劇增加，至工作面后方140 m 后巷道變形逐步趨于平穩(wěn)。巷道錨索與巷道圍巖變形規(guī)律基本一致，在滯后工作面約100 m 范圍內(nèi)，受力快速增加，150 m 后穩(wěn)定，達到29.2 kN。充填體則是在滯后工作面15 m 后開始增加，隨著工作面回采，充填體受力快速增加，約150 m 后趨于平穩(wěn)，最大值19.6 MPa。整體來看，在補強支護、預(yù)裂切頂和充填體支護的共同作用下，留巷圍巖穩(wěn)定。

4 結(jié)語

沿空留巷能夠減少礦井掘進工程量，緩解采掘銜接緊張局面，提高煤炭資源回收率，實現(xiàn)礦井綠色高效開采。采動應(yīng)力是影響留巷圍巖穩(wěn)定的主要因素，預(yù)裂爆破切頂不僅可以切斷采空區(qū)基本頂巖層，阻斷采動應(yīng)力傳遞，而且可使直接頂充分破碎充滿采空區(qū)，給上部頂板以支撐，減弱其回轉(zhuǎn)變形對留巷圍巖的作用，加之頂板補強和巷旁柔?；炷林ёo共同作用，得以實現(xiàn)巷道圍巖穩(wěn)定可控。雄山五礦W30803 工作面進風(fēng)順槽沿空留巷的成功實施，可為沿空留巷無煤柱開采技術(shù)在同類礦井推廣提供參考。