東懷煤礦沿空留巷支護(hù)的探討與實(shí)踐

【摘要】本文主要介紹東懷煤礦25C08沿空留巷支護(hù)的探討與實(shí)踐。東懷煤礦采用欲裂切頂沿空留巷技術(shù)實(shí)施沿空留巷，形成Y型通風(fēng)方式，降低現(xiàn)場溫度，改善工作面作業(yè)環(huán)境，同時(shí)增加了煤炭采出率。然而隨著工程持續(xù)推進(jìn)，巷道深部跨幫影響斷面及后期巷道復(fù)用材料回收困難問題逐步顯現(xiàn)。結(jié)合現(xiàn)場情況，東懷煤礦探索多種形式的邊幫加強(qiáng)支護(hù)，使沿空留巷支護(hù)質(zhì)量得到進(jìn)一步加強(qiáng)。同時(shí)探索更改沿空留巷頂梁布置形式，為后期的支護(hù)材料回收復(fù)用提供了條件。

【關(guān)鍵詞】沿空留巷;邊幫支護(hù);材料復(fù)用;頂板管理

采煤工作面回采巷道實(shí)施沿空留巷，實(shí)現(xiàn)無煤柱護(hù)巷，減少煤柱損失，有效提高煤炭采出率，有利于工作面通風(fēng)及瓦斯管理，提高礦井經(jīng)濟(jì)效益。

東懷煤礦近年來積極探討和實(shí)踐沿空留巷技術(shù)。2014年4月-2015年11月，分別在13I01、13I10、25D04等工作面進(jìn)行沿空留巷試驗(yàn)。歷經(jīng)單體柱護(hù)巷、砌墻護(hù)巷等技術(shù)試驗(yàn)過程，最終形成預(yù)裂爆破切頂沿空留巷的主要思路，達(dá)到了預(yù)期效果。但在后期C煤層的實(shí)踐中，沿空留巷內(nèi)邊幫支護(hù)失效跨幫，松軟底板底鼓現(xiàn)象明顯，影響工作面的正?；仫L(fēng)。下一區(qū)段工作面復(fù)用沿空留巷過程中，頂梁受巷道變形擠壓，回收困難，無法實(shí)現(xiàn)大面積復(fù)用，且容易造成采空區(qū)懸頂，影響工作面的頂板管理。故必須要進(jìn)行沿空巷道邊幫加強(qiáng)支護(hù)及支護(hù)設(shè)計(jì)調(diào)整。

1工作面概況

25C08回采工作面位于東懷煤礦五采區(qū)下部，是預(yù)裂爆破沿空留巷技術(shù)在C煤層運(yùn)用的第二個(gè)工作面（如圖1）。該工作面通風(fēng)方式為“Y型通風(fēng)”，皮帶巷、軌道巷均為進(jìn)風(fēng)巷道，沿空留巷與采面回風(fēng)巷相通。其中，軌道進(jìn)風(fēng)巷西側(cè)為C煤未開采區(qū)域，皮帶進(jìn)風(fēng)巷為25C09軌道進(jìn)風(fēng)巷沿空留巷形成。C煤層結(jié)構(gòu)一般，變化多樣，含有多層夾矸，厚度1.6-2.2m，平均1.8m。煤層走向NE20°-NW70°，傾向NE，傾角7°-14°，平均10°。

2 25C09沿空留巷方法

東懷煤礦25C09軌道進(jìn)風(fēng)巷經(jīng)沿空留巷支護(hù)，后期進(jìn)行刷幫降底等巷道修復(fù)后，作為25C08皮帶進(jìn)風(fēng)巷使用。沿空留巷主要作業(yè)流程為：準(zhǔn)備工作→加強(qiáng)支護(hù)→預(yù)裂爆破→推采支護(hù)→單體柱回收（如圖2）。

2.1準(zhǔn)備工作

提前調(diào)整工作面保持機(jī)尾端頭支架上邊平回風(fēng)巷下幫邊線，備足U型鋼腿、π型鋼梁、單體支柱、打錨索、打鉆眼所需的工具材料等。

2.2加強(qiáng)支護(hù)

頂板錨索布置距下幫0.5米，間距2.5米，斜向上邊幫15°布置。錨索布置保持超前20米以上。上邊幫錨索沿上幫靠頂板第一排錨桿布置，間距2.5米，與上幫夾角30°使用木墊協(xié)助緊壓鐵板。

2.3預(yù)裂爆破

加強(qiáng)支護(hù)后沿回風(fēng)巷下幫頂板與煤交接處布置炮眼。炮眼要求與頂板保持70°～80°，深度4米、2.5米，間距0.5米。4米炮眼裝藥2卷，2.5米炮眼裝藥1卷。超前工作面20米預(yù)裂爆破。

2.4推采支護(hù)

（1）推采過程中端頭支架要注意與超前支護(hù)的單體配合工作，確保頂板支護(hù)到位，嚴(yán)禁出現(xiàn)空頂行為。

（2）壓網(wǎng)臨時(shí)支護(hù)：推采移機(jī)尾架后檢查頂板及采空區(qū)安全情況，并在頂板最靠采空區(qū)一排錨桿往上0.5米掛雙層網(wǎng)簾，然后用鉸接梁配單體柱將網(wǎng)簾壓往采空區(qū)約0.6米作為臨時(shí)支護(hù)擋矸使用。網(wǎng)簾長約3米，網(wǎng)與網(wǎng)搭接0.2米，掛網(wǎng)簾步距1.4米、網(wǎng)簾往采空區(qū)托底約0.5米。

（3）上π型梁：臨時(shí)支護(hù)夠4米時(shí)即一條π型梁長度時(shí)開始上梁，π型梁使用兩根單體柱協(xié)助升起縱向壓于靠臨時(shí)支護(hù)的鉸接梁留巷側(cè)約0.3米位置，定位好后開始支設(shè)U型鋼腿，柱距0.6米，迎山角約5°。頂板較差時(shí)π型梁可提前往機(jī)尾架上延伸支護(hù)，移架后再補(bǔ)柱腿。

（4）留巷內(nèi)加強(qiáng)支護(hù)：巷道中部布置一排單體支柱配鉸接梁，柱距1.0米，迎山角約5°，采空區(qū)一側(cè)留巷段內(nèi)保持40米單體加強(qiáng)支護(hù)。

（5）回收臨時(shí)支護(hù)的材料：U型鋼腿支護(hù)好后回收臨時(shí)支護(hù)用的單體柱和鉸接梁。

（6）單體柱回收：采空區(qū)超20米后開始逐條回收中間的單體支柱和鉸接梁。

3存在問題

25C09工作面沿空留巷是東懷煤礦預(yù)裂切頂沿空留巷技術(shù)在C煤層的首次運(yùn)用。C煤層較D煤層圍巖硬度低，頂?shù)装寰鶠槟鄮r及炭質(zhì)泥巖，遇水易膨脹軟化。據(jù)生產(chǎn)記錄分析，25C09工作面周期來壓步距約為28米，周期來壓時(shí)機(jī)尾段支架壓力達(dá)到35MPa左右。沿空留巷段頂板切頂較平齊，巷道下幫頂角受壓較大。留巷前巷道高度平均2.2m，回采后工作面上出口往里100m-150m段巷道底鼓，巷道高度僅能保持在1.3m-1.6m。同時(shí)上幫側(cè)壓鼓出，巷道上幫下部兜網(wǎng)鼓出破裂后，上部煤幫失去支撐垮落，造成巷道擁堵。沿空留巷內(nèi)空間較小，無法及時(shí)有效清理擴(kuò)大斷面，造成通風(fēng)困難。

25C08工作面經(jīng)過巷修復(fù)用25C09沿空留巷作為皮帶進(jìn)風(fēng)巷。原有沿巷道走向布置的π型粱受頂角擠壓變形，與之配套支護(hù)的U型柱難以同步回收。施工隊(duì)每次推移支架前，需要提前挖出柱腿進(jìn)行U型柱回收，以保證下出口頂板能夠及時(shí)垮落。該方法增加了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)影響了工作面的回采進(jìn)度。

4沿空留巷支護(hù)改進(jìn)

4.1加強(qiáng)邊幫支護(hù)

經(jīng)現(xiàn)場分析判斷，造成上幫跨幫的主要原因就是上幫煤壁受壓后破碎松散，原有巷道支護(hù)僅為2m長螺紋鋼錨桿，支護(hù)深度不足，巷道受壓后煤壁破碎松散，錨固段失效。為提高支護(hù)強(qiáng)度，考慮在工作面上出口超前段即提前進(jìn)行上幫加固。首先用3m長螺紋鋼錨桿壓8mm鋼帶垂直巷幫支護(hù)，錨桿間距0.8m，每根錨桿放4卷樹脂藥卷。該方法加長錨桿支護(hù)深度，且加長了錨固長度，一定程度減緩了巷道移近量。但該方法只進(jìn)行了單點(diǎn)加固，若煤幫破碎，并不能有效防止下部煤幫破碎鼓出。為將上幫煤巖體形成整體，提高支護(hù)有效性，遂決定在超前支護(hù)段即用錨索斜拉支護(hù)。利用6米錨索，每兩條錨索成一組沿豎向布置，每根錨索放5卷樹脂藥卷，壓1mπ型粱（兩端開孔），錨索梁間距1.5m。錨索以60°傾角斜支護(hù)入上幫煤巖體中，形成整體支護(hù)。錨索能夠錨固至上幫穩(wěn)定頂板中。事實(shí)證明，提前加固錨索后上幫煤壁與頂板基巖形成組合結(jié)構(gòu)，極大減緩了巷道變形，提高了穩(wěn)定性。[1]

4.2調(diào)整頂梁布置方式

25C09工作面沿空留巷頂梁布置為縱向布置，在后期回采過程中受擠壓變形，難以回收復(fù)用。且沿空留巷支護(hù)材料不及時(shí)撤出，影響下出口頂板管理（如圖3）?？紤]到巷道底鼓，后期復(fù)用必須用綜掘機(jī)進(jìn)行二次巷修，布置過多的U型柱不利于后期巷修進(jìn)度。為保證在下一工作面回采復(fù)用沿空留巷時(shí)，提高頂梁回收復(fù)用率，同時(shí)減少掏挖柱腿回柱的工序。遂結(jié)合現(xiàn)場情況，決定采用垂直巷道走向布置π型頂梁。2mπ型粱間距0.8m，靠采空區(qū)一側(cè)仍然使用U型鋼支撐，同時(shí)起到擋矸的作用。[2]頂梁另一端提前開孔，使用2.5m螺紋鋼錨桿懸吊鎖緊在頂板上。錨桿鉆孔錨結(jié)工作與錨索支護(hù)同步進(jìn)行，回采過后再套上π型粱，進(jìn)行采空區(qū)端U型鋼支護(hù)，減少來回搬運(yùn)錨桿機(jī)，造成重復(fù)工作。

5 礦壓觀測分析

東懷煤礦礦壓觀測工作由總工程師牽頭，生產(chǎn)科具體負(fù)責(zé)，同時(shí)對沿空留巷的具體施工進(jìn)行跟蹤指導(dǎo)。采煤隊(duì)設(shè)立沿空留巷專職副隊(duì)長，每班安排當(dāng)班班隊(duì)長巡查沿空留巷線路，對U型鋼支護(hù)、巷道高寬度、錨網(wǎng)支護(hù)等情況進(jìn)行具體巡查。生產(chǎn)科每100米安設(shè)頂板離層觀測，并設(shè)置巷道位移量觀測點(diǎn)，每10天進(jìn)行測量、記錄。根據(jù)觀測數(shù)據(jù)繪制巷道位移變化曲線。經(jīng)過對巷道的觀測及曲線分析，經(jīng)過支護(hù)改進(jìn)后邊幫的移近量曲線較之前平緩，在滯后工作面上出口35m時(shí)變化最明顯。沿空留巷上幫整體加固后沒有出現(xiàn)垮幫現(xiàn)象。留巷后巷道斷面保持在7m3左右，滿足工作面通風(fēng)需求。

6總結(jié)

東懷煤礦預(yù)裂爆破沿空留巷技術(shù)能夠有效實(shí)施，減少了煤炭損失。經(jīng)過上幫整體加固后，沿空留巷使用效果更好。在25C08工作面回采過程中，Y型通風(fēng)方式的應(yīng)用有效改善了工作面兩巷的環(huán)境，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

頂梁更改布置方式后，能夠有效減少因頂梁變形難以復(fù)用及回收U型柱腿難的問題。利用錨桿鎖緊頂梁，減少了U型鋼的使用量，同時(shí)為后期巷道維護(hù)創(chuàng)造了空間，保證了工作面接替進(jìn)度。

參考文獻(xiàn)：

[1]張榮立，何國偉，采礦工程設(shè)計(jì)手冊[M].北京：煤工業(yè)出版社，2003.

[2]苑云海.無煤柱工作面沿空留巷支護(hù)設(shè)計(jì)[J].山東煤炭科技，2021.

作者簡介：黃龍（1993-），男，壯族，廣西田陽人，本科，助理工程師，主要從事煤炭開采管理與掘進(jìn)技術(shù)研究工作。