沿空留巷“卸壓+柔模支護(hù)”控制技術(shù)的應(yīng)用

劉志軒

（山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司大陽(yáng)煤礦分公司，山西 晉城 048003）

沿空留巷作為一種創(chuàng)新型煤炭開采技術(shù)，在長(zhǎng)壁回采工作面的布置中，取消區(qū)段煤柱，從而實(shí)現(xiàn)煤炭開采率的提升和巷道空間范圍的擴(kuò)大[1-2]?，F(xiàn)有的沿空留巷對(duì)圍巖維控技術(shù)的研究主要集中在巷道兩側(cè)的支護(hù)方面，但對(duì)頂板卸壓和后期維護(hù)的研究較少。大陽(yáng)煤礦3306 工作面由于距離采空區(qū)較近，在采掘期間巷道受采動(dòng)影響較大，尤其在堅(jiān)硬類型的圍巖覆蓋條件下，巷道頂?shù)装宓目刂泼媾R嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)[3-4]。

1 概況

大陽(yáng)煤礦3#煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，含有夾矸，硬度較大，煤層傾角在0°～15°之間，均厚5.59 m。目前開采的3306 工作面標(biāo)高為+651～ +690 m。頂?shù)装寰唧w情況見(jiàn)表1。預(yù)計(jì)在工作面的回采過(guò)程中地面將產(chǎn)生一定裂隙，為保證最大塌陷度控制在1 m之內(nèi)，根據(jù)沿空留巷最優(yōu)跨高比額定計(jì)算，對(duì)運(yùn)輸順槽留巷寬度取4.4 m。

表1 3306 工作面頂?shù)装寤厩闆r

2 沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析

在進(jìn)行沿空留巷布置時(shí)，不同煤層的賦存條件各不相同，不同因素對(duì)巷道圍巖的穩(wěn)定性產(chǎn)生的影響程度也不盡相同[5]。如何針對(duì)各個(gè)因素進(jìn)行重點(diǎn)處理，將直接影響到沿空留巷的最終效果。

采高、煤層厚度和巷道剛度協(xié)調(diào)關(guān)系是影響沿空留巷布置的關(guān)鍵因素。采高與煤層因素：當(dāng)采高較大且直接頂較薄時(shí)，直接頂無(wú)法對(duì)采空區(qū)施加充分的能量，因此基本頂巖層的變形將會(huì)增加，對(duì)巷道兩側(cè)造成較高的壓力。巷道剛度協(xié)調(diào)關(guān)系因素：當(dāng)與墻體接觸的頂?shù)装鍘r層是非高強(qiáng)度巖體時(shí)，留巷的結(jié)構(gòu)參數(shù)需要考慮跨高比、墻體的抗滑移能力等因素。

頂板、墻體和底板共同組成了巷旁的支撐系統(tǒng)，采場(chǎng)的來(lái)壓強(qiáng)度直接與基本頂層位的高度和直接頂?shù)膸r層厚度密切相關(guān)。巷道的圍巖環(huán)境直接決定了沿空留巷的設(shè)計(jì)方案，墻體與巷道的位置和尺寸的優(yōu)化設(shè)計(jì)直接決定了其承載能力是否可以完全發(fā)揮。

3 沿空留巷

3306 工作面基本頂以細(xì)砂巖為主，較為堅(jiān)硬，需采用預(yù)裂切縫強(qiáng)制爆破措施，切斷工作面頂板應(yīng)力傳遞，減弱巷道頂板壓力，降低沿空巷道頂板懸臂梁上覆荷載以及旋轉(zhuǎn)變形壓力，減小巖梁傳遞到巷旁和巷內(nèi)支護(hù)的荷載，從根本上改善巷道的力學(xué)環(huán)境。

3.1 沿空留巷的設(shè)計(jì)

3306 工作面運(yùn)輸順槽留巷寬度為4.4 m，在一級(jí)頂板區(qū)巷旁支護(hù)寬度設(shè)置為1.5 m。工藝流程為：前期準(zhǔn)備及安全檢查→頂板支護(hù)→拆除相鄰已澆模單體柱→底板清理→穿掛固定圓鋼、單體柱支設(shè)柔模→穿對(duì)拉錨栓、托板并上好螺帽→穿入瓦斯抽采管路→單體柱與柔模中下部支設(shè)木模板→安裝注料軟管→啟動(dòng)砼泵開始注料→注料期間安全檢查→注滿漿后封口→拆管、清洗管路、整理現(xiàn)場(chǎng)。

3.2 沿空留巷的臨時(shí)頂板支護(hù)

沿空留巷的頂板支護(hù)主要涉及到專用擋矸架的臨時(shí)支護(hù)和單體柱的臨時(shí)支護(hù)。

（1）單體柱臨時(shí)支護(hù)

當(dāng)采煤機(jī)割完機(jī)頭拉移過(guò)渡架后，在過(guò)渡架后方（柔模前）使用1.6 mπ 型梁配單體柱臨時(shí)支護(hù)（一梁兩柱），排距900 mm，如圖1。同時(shí)在橫跨柔模位置頂部使用“W”型鋼帶進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，防止頂板下沉、離層，使?jié)仓娜崮w能主動(dòng)支護(hù)頂板。

圖1 3306 巷道斷面支護(hù)示意圖（mm）

（2）錨索網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)

每次割機(jī)頭前，支護(hù)工在架前頂板鋪設(shè)雙層金屬網(wǎng)，待工作面采煤機(jī)退刀、移過(guò)端頭過(guò)渡架后，在頂網(wǎng)的保護(hù)下，在擋矸架前進(jìn)行錨索加強(qiáng)支護(hù)，防止頂板下沉、離層。錨索規(guī)格Φ22 mm×8200 mm，間距1500 m，排距800 m，外露150～250 mm。

3.3 切頂卸壓技術(shù)

沿3306 運(yùn)輸順槽走向肩角布一排平行鉆孔，距工作面煤幫0.2 m，炮孔長(zhǎng)度15 m，炮孔直徑Ф48 mm，炮孔傾角β=75°（偏向3306 工作面），裝藥炮孔間距0.5 m，每眼裝藥量5 kg，如圖2。

圖2 3306 運(yùn)輸順槽切頂爆破示意圖（m）

采用正向爆破，煤礦許用毫秒電雷管串聯(lián)起爆，試炮時(shí)不采用延時(shí)爆破，考慮到巷道頂板穩(wěn)定性，單次最多起爆6 個(gè)炮孔。當(dāng)爆破參數(shù)調(diào)整合適后，視炮孔變形情況，采用毫秒延時(shí)爆破，但總延時(shí)不超過(guò)130 ms。

3.4 柔?；炷林ёo(hù)

在堅(jiān)硬頂板條件下，需要保證充填體不受破壞，因此需改變頂板的結(jié)構(gòu)位態(tài)，對(duì)巷旁圍巖進(jìn)行控制。3306 工作面沿空留巷，采用柔?；炷料锱灾ёo(hù)。柔模混凝土是一種特殊的復(fù)合材料，通過(guò)在柔性模板中填充混凝土制成。在實(shí)際案例中，柔模與混凝土將協(xié)同工作、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，克服了二者單獨(dú)使用時(shí)所出現(xiàn)的受力缺陷從而提高其承載能力。

柔模待澆筑空間支護(hù)形式為沿空留巷專用擋矸架臨時(shí)支護(hù)、單體柱臨時(shí)支護(hù)。每次采煤機(jī)割完機(jī)頭拉移過(guò)渡架后，在過(guò)渡架后方（柔模前）使用1.6 mπ 型梁配單體柱臨時(shí)支護(hù)（一梁兩柱），排距900 mm；注模時(shí)對(duì)π 型梁和單體柱進(jìn)行回收；同時(shí)在橫跨柔模位置頂部使用“W”型鋼帶進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，防止頂板下沉、離層，使?jié)仓娜崮w能主動(dòng)支護(hù)頂板，并用C40 混凝土進(jìn)行澆筑。

3.5 留巷后支護(hù)

對(duì)運(yùn)輸順槽留巷后，該段采用一梁五柱（4.2 mπ型梁）的方式加強(qiáng)支護(hù)，π 形梁沿巷道方向布置三路，單體柱每排3 根，排距為（900±100）mm，留巷后支護(hù)長(zhǎng)度不小于300 m。所有單體柱必須成一直線，保證初撐力達(dá)標(biāo)。

4 效果分析

3306 工作面運(yùn)輸順槽實(shí)施“卸壓-柔模支護(hù)”雙重控制技術(shù)方案后，沿空留巷在維護(hù)全程中沒(méi)有發(fā)生明顯破壞。巷道在穩(wěn)定后對(duì)頂?shù)装搴蛢蓭蛧鷰r的位移情況進(jìn)行了實(shí)測(cè)：頂板最大變形量≤0.51 m，底板位移量≤0.62 m，煤幫位移量≤0.35 m，滿足使用需求。

5 結(jié)語(yǔ)

沿空留巷是無(wú)煤柱開采的基礎(chǔ)技術(shù)，可以有效提高煤炭的采出率，但由于位處采空區(qū)邊緣，在服務(wù)期間容易受到堅(jiān)硬頂板的長(zhǎng)期來(lái)壓影響。通過(guò)預(yù)裂爆破可以超前對(duì)基本頂進(jìn)行卸壓，加速頂板破斷運(yùn)動(dòng)并緩解留巷壓力。在分析了留巷圍巖結(jié)構(gòu)特點(diǎn)之后，提出并實(shí)施了柔?；炷料锱灾ёo(hù)方案，通過(guò)“卸壓+柔模支護(hù)”的雙重控制，大陽(yáng)煤礦3306工作面運(yùn)輸順槽圍巖位移情況得到了有效控制。