新元煤礦巷旁充填沿空留巷控制技術(shù)與試驗(yàn)

韓紀(jì)周

（新元煤炭有限責(zé)任公司，山西 壽陽 045499）

礦井采掘接續(xù)問題日益突出，制約了煤礦的高效開采。為此，國內(nèi)外專家技術(shù)人員進(jìn)行沿空留巷技術(shù)的研究與實(shí)踐，沿空留巷是指采用適當(dāng)?shù)南飪?nèi)、巷旁支護(hù)技術(shù)，將沿采空區(qū)邊緣的上工作面回采巷道保留下來用作鄰近工作面使用，從而實(shí)現(xiàn)無煤柱開采。沿空留巷具有提高煤炭回收率、緩解礦井采掘接續(xù)緊張局面、降低巷道掘進(jìn)量等優(yōu)點(diǎn)，屬于高效綠色的開采技術(shù)之一[1-5]。

1 工程背景

新元煤礦3108工作面西鄰3107工作面（已采完），東鄰3109工作面（正在掘進(jìn)），北鄰東回風(fēng)巷、東輔運(yùn)巷，南部未布置巷道。本工作面位于一水平，地面標(biāo)高1 117.7～1 055.2 m，工作面標(biāo)高592.4～703.6 m，埋藏深度419.2～469.7 m。3108工作面開采3#煤，3#煤層賦存穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)較簡單，煤層以亮煤為主，內(nèi)生裂隙發(fā)育，煤層中一般含1～2層泥質(zhì)夾矸，煤層平均厚度2.86 m。偽頂為高嶺石泥巖，平均厚度0.23 m；直接頂為灰黑色砂質(zhì)泥巖，平均厚度11.31 m；基本頂為細(xì)砂巖，平均厚度2.00 m；直接底為灰黑色泥巖，平均厚度0.8 m；基本底為灰色細(xì)砂巖，平均厚度4.52 m。3108工作面輔助進(jìn)風(fēng)巷采用巷旁充填沿空留巷工藝，巷道設(shè)計(jì)為矩形斷面，掘進(jìn)寬度4.8 m，掘進(jìn)高度3.0 m，全長1494 m，沿3#煤層頂板掘進(jìn)。

2 巷旁充填沿空留巷控制技術(shù)

2.1 巷內(nèi)基本支護(hù)與補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)技術(shù)

（1）巷內(nèi)基本支護(hù)

巷內(nèi)基本支護(hù)采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)。頂、幫錨桿均采用規(guī)格為Φ20 mm×2400 mm的螺紋鋼錨桿，頂板每排7根，幫部每排2根，間排距為0.8 m×0.8 m。頂板采用規(guī)格Φ17.8 mm×8300 mm的1×7鋼絞線錨索進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，每排2根，間排距為1.6 m×0.8 m。錨桿與錨索同排布置，并采用3 mm厚的W鋼帶連接。錨桿配1支CK2380的樹脂錨固劑，錨索采用1支S23120的樹脂錨固劑。頂幫均鋪設(shè)10#鐵絲加工的菱形金屬網(wǎng)，頂網(wǎng)規(guī)格5.0 m×0.8 m，幫網(wǎng)規(guī)格3.2 m×0.8 m。如圖1。

圖1 巷內(nèi)基本支護(hù)與補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)圖（mm）

（2）巷內(nèi)補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)

超前工作面200 m范圍采用錨桿+錨索進(jìn)行巷內(nèi)補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。頂板采用錨索補(bǔ)強(qiáng)，錨索規(guī)格為Φ17.8 mm×8300 mm的1×7鋼絞線，每排3根，間 排 距 為1.75 m×1.6 m，配1支CK2350、2支Z2350樹脂錨固劑。實(shí)煤體幫采用錨桿+錨索補(bǔ)強(qiáng)，在距底板300 mm處補(bǔ)打1根底角錨桿，錨桿規(guī)格為Φ20 mm×2400 mm的螺紋鋼錨桿，配1支CK2350、1支Z2350樹脂錨固劑，同時(shí)采用規(guī)格Φ21.6 mm×4300 mm的1×7鋼絞線錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，間排距為1.4 m×1.6 m，配1支CK2350、2支Z2350樹脂錨固劑。

（3）巷內(nèi)臨時(shí)支護(hù)

滯后工作面100 m范圍內(nèi)，架設(shè)3排單體支柱+π型梁進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)，間距為1.5 m。如圖2。

圖2 煤柱應(yīng)力分布曲線

2.2 巷旁充填支護(hù)與頂板加強(qiáng)支護(hù)

（1）巷旁充填支護(hù)

巷旁充填材料采用高水材料，水灰比1.5:1，單個(gè)充填體尺寸3.2 m×2.0 m×2.8 m（長寬高），充填體內(nèi)采用對拉錨桿進(jìn)行加固，對拉錨桿采用Φ22 mm的螺紋鋼，間排距0.75 m×0.8 m，對拉錨桿采用Φ14 mm圓鋼焊接而成的鋼梁成排連接，充填體表面鋪設(shè)規(guī)格Φ6.5 mm鋼筋焊接的鋼筋網(wǎng)。

（2）頂板加強(qiáng)支護(hù)

工作面每推進(jìn)0.8 m，采用錨桿+錨索對充填區(qū)域頂板進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，錨桿規(guī)格為Φ20 mm×2400 mm的螺紋鋼錨桿，每排4根，間排距為0.8 m×0.8 m，配1支CK2350、1支Z2350樹脂錨固劑，同時(shí)采用規(guī)格Φ17.8 mm×8300 mm的1×7鋼絞線錨索進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，每排2根，間排距為1.2 m×1.6 m，配1支CK2350、2支Z2350樹脂錨固劑。如圖3。

圖3 采空區(qū)頂板加強(qiáng)支護(hù)圖（mm）

3 圍巖控制效果分析

采用設(shè)計(jì)的巷旁充填沿空留巷控制技術(shù)在3108工作面輔助進(jìn)風(fēng)巷進(jìn)行試驗(yàn)，同時(shí)，進(jìn)行了礦壓觀測。

（1）巷道變形特征

圖4為3108工作面輔助進(jìn)風(fēng)巷圍巖變形曲線。由圖可知，試驗(yàn)巷道留巷后在滯后工作面150～160 m時(shí)，巷道圍巖逐漸穩(wěn)定，留巷范圍內(nèi)，頂板下沉速度約6.92 mm/d，下沉量約281 mm，實(shí)煤體幫變形速度約13.93 mm/d，變形量約539 mm，充填體幫變形速度約2.98 mm/d，變形量約109 mm，底鼓速度約12.73 mm/d，底鼓量約469 mm，充填體幫同比實(shí)煤體幫變形顯著減小，這是由于巷道圍巖非對稱形成承載的結(jié)果。

圖4 試驗(yàn)巷道圍巖變形曲線

（2）頂板補(bǔ)強(qiáng)錨索受力情況

圖5為3108工作面輔助進(jìn)風(fēng)巷頂板錨索受力曲線。由圖可知，滯后3108工作面90 m時(shí)，頂板補(bǔ)強(qiáng)錨索受力趨于穩(wěn)定，錨索軸力在194.5 kN，遠(yuǎn)小于錨索的破斷載荷（513.0 kN），表明頂板補(bǔ)強(qiáng)錨索存在富余的承載能力。圖6為3108工作面輔助進(jìn)風(fēng)巷巷旁充填體與直接頂所受載荷情況。由圖可知，充填體承受載荷在滯后3108工作面90 m時(shí)達(dá)到最大，最大值約12.8 MPa，之后隨著滯后工作面的距離增加，充填體承受載荷逐漸緩慢降低。在滯后工作面145 m時(shí)，充填體承受載荷逐漸穩(wěn)定，穩(wěn)定后，充填體承受載荷約10.4 MPa。

圖5 試驗(yàn)巷道頂板補(bǔ)強(qiáng)錨索受力曲線

圖6 試驗(yàn)巷道充填體所受載荷曲線

綜上所述，提出的巷旁充填沿空留巷控制技術(shù)在3108工作面輔助進(jìn)風(fēng)巷進(jìn)行應(yīng)用后，成功保留了3108工作面輔助進(jìn)風(fēng)巷，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際考察結(jié)果，沿空留巷圍巖穩(wěn)定控制效果良好。

4 結(jié)論

為緩解新元煤礦采掘接續(xù)緊張局面，3108工作面輔助進(jìn)風(fēng)巷采用沿空留巷方式保留下來，提出了巷旁充填沿空留巷控制技術(shù)，包括基本支護(hù)與補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)及巷旁充填支護(hù)與頂板加強(qiáng)支護(hù)技術(shù)，設(shè)計(jì)了相關(guān)支護(hù)參數(shù)。技術(shù)應(yīng)用后，進(jìn)行了巷道礦壓監(jiān)測，綜合巷道變形特征、頂板補(bǔ)強(qiáng)錨索受力、充填體承受載荷以及留巷現(xiàn)場情況，提出的巷旁充填沿空留巷控制技術(shù)成功保留了3108工作面輔助進(jìn)風(fēng)巷，留巷圍巖穩(wěn)定控制效果良好。