綜采充填工作面沿空留巷支護技術(shù)研究

張經(jīng)緯

（汾西礦業(yè)集團水峪煤業(yè)，山西 孝義 032300）

通過實行沿空留巷除了能起到減少掘進工作量的作用，從而減少掘進所需費用，還能從本質(zhì)上緩解采掘過程中接續(xù)較為緊張的實際情況，此外還能增加實際采出率，使礦井能夠更長時間的服務(wù)，最終帶來更好的綜合效益[1]。但是需要注意，這項技術(shù)往往要受到二次采動因素的直接影響，產(chǎn)生很大礦壓，進而導致巷道圍巖出現(xiàn)不對稱的變形，有很大的支護難度。為保證沿空留巷的安全性與穩(wěn)定性，有必要結(jié)合工程實際情況，對其支護技術(shù)進行深入分析探討。

1 工程概況

沿空留設(shè)巷道處在運輸巷南幫，這條巷道在留巷之后主要用作為北側(cè)的運輸巷，其南側(cè)是一個采空區(qū)。工作面煤層層厚保持在1.8～2.3 m 范圍內(nèi)，平均煤厚為2.0 m，煤層的傾角保持在3°～8°范圍內(nèi)，平均傾角為6°，該巷道的埋深為635.4 m 左右，該工作面范圍內(nèi)地質(zhì)條件相對簡單，煤層沒有明顯的起伏變化，是典型的單斜構(gòu)造，但存在不規(guī)則的斷層。煤層的直接頂是層厚在10.2～11.5 m 范圍內(nèi)的灰色細砂巖，中、上部斷層以角礫為主，中部可見煤紋，下部有直立裂隙存在，其表面不平；老頂是層厚在11.0～11.4 m 范圍內(nèi)的灰白色粉砂巖，有少量黏土質(zhì)包裹體存在，此外還含有部分植物化石；底板含有厚度在0.2～0.4 m范圍內(nèi)的偽底，以黑色粉砂巖為主，同時富含很多植物根部化石；直接底是層厚在3.3～4.1 m 范圍內(nèi)的灰白色細砂巖，交錯狀層理，下部還含有一層煤4 下分層，其厚度不超過0.3 m；老底是層厚在8.2～9.8 m 范圍內(nèi)的灰白色細砂巖，舟狀交錯層理，在同層內(nèi)存在小斷裂帶，以棱角狀角礫為主，充填物主要為石脈。

2 尺寸確定

若將支護措施確定為聯(lián)合使用原有的錨帶網(wǎng)和錨索托梁，則要在選取具體預(yù)留寬度的過程中要嚴格遵循下列各項基本原則：在切實滿足物料設(shè)備運輸與巷道通風以及作業(yè)人員通行等各項基本需求的前提下，巷道實際高寬均要合乎基本條件，通過小面積適當修整后符合條件亦可[2]；在巷道受到采動的動壓作用及影響后應(yīng)仍能保持在完整的狀況下；錨索自身錨固性能必須合乎標準要求，以最大限度發(fā)揮出懸吊作用；將煤炭資源損失降至最低?？紤]到所留巷道會在將來一段時間內(nèi)為新工作面提供運輸巷道和回風巷道，所以要求巷道的凈斷面面積達到9 m2以上。此外，巷道在受到采動動壓持續(xù)作用與影響后難免出現(xiàn)一定程度的變形，在充分考慮這部分變形的基礎(chǔ)上，將巷道留設(shè)寬度確定為不小于3.5 m。

3 支護設(shè)計

為保證最終的支護效果，需要在支護施工開始前結(jié)合巷道具體情況做好支護設(shè)計，確定適宜的支護技術(shù)措施，為后續(xù)正式施工提供可靠的理論和技術(shù)指導。在確定錨索具備的功能前提下，掌握組合巖梁具備的機理，同時還要考慮以往相關(guān)工作經(jīng)驗，在設(shè)計階段提出所用支護措施對應(yīng)的各項技術(shù)參數(shù)[3]。通過之前的敘述可知，巷道實際寬度不能小于3.5 m，圍巖頂板借助原有的錨帶網(wǎng)實現(xiàn)支護，同時設(shè)置錨索托梁，單個鋼梁實際長度在3.5 m 左右，設(shè)置間距為1.8 m，具體設(shè)置位置為原有鋼帶之間。若鋼帶之間沒有設(shè)置鋼梁，則采用單根錨索進行支護，按三花形式布置，尺寸為Φ17.80 mm，選取星型托盤。在切頂線之前壘砌矸石袋，并與錨索鋼梁端頭完全緊貼，將矸石袋壘砌完成后，采用圓木作為臨時支護措施，同時還要對壘砌完成的矸石袋進行檢查，確認接頂是否達到嚴密，最后在與棚頭緊貼的部位設(shè)置單排支護，以此進一步加強整個支護體系。

4 施工方法

錨索托梁的施工需適當超前進行，每個托梁設(shè)置三根錨索，每根鋼梁的長度按照3.5 m 控制，以1.8 m的間隔距離在原巷道鋼帶支護之間進行設(shè)置，錨索尺寸為Φ17.8 mm，肩窩錨索和頂板之間的夾角按照70°控制，在設(shè)置中間錨索時應(yīng)確保和頂板保持垂直。

待工作面切頂合乎要求后，即可著手壘砌矸石袋，此時采用2 m 左右的傾向?qū)挾?，而高度則以達到見頂見底要求嚴格控制，通常將每0.6 m 作為一個完整的循環(huán)，通過壓茬壘砌實現(xiàn)。對于砌矸墻，其位置為切頂排范圍內(nèi)，為保證各地點的施工都能在穩(wěn)定狀況下開展，應(yīng)采用適宜的型鋼加以可靠支護，同時還要把其中一端完全插進穩(wěn)定的部分。此外為防止老塘出現(xiàn)滾矸的情況，還要在支架上部設(shè)置菱形網(wǎng)進行可靠護頂。巷道填充支護如圖1 所示。

圖1 巷道填充支護

施工中采取以下加強支護措施：

1）將矸石袋壘砌完成后需要與單體支護結(jié)構(gòu)完全貼緊，在矸石袋上部0.8 m 的位置按照2 m 的間隔距離設(shè)置一排直徑達到180 mm 及以上的原木，以此有效加強支護；在與下面切眼門口正對的矸石袋按照1 m 的間隔距離設(shè)置直徑達到180 mm 及以上的圓木，以此有效加強支護；

2）矸石袋的壘砌需嚴格按照從內(nèi)到外和從下到上的順序進行，將矸石袋壘砌好，并設(shè)置好圓木以后，還要考慮設(shè)置好單個支護體系，用于加強頂梁部分的支撐，支柱所有手把體與卸載閥都在走向上朝向外部，在穿齊所有鐵鞋之后，還需拴上一條防倒繩，確保初始支撐作用力達到50 kN 及以上；

3）針對在后維護段落內(nèi)布置的支柱，活柱一般不能小于200 mm，倘若發(fā)現(xiàn)有支柱發(fā)生失腳，則務(wù)必立即進行針對性整改，而一旦出現(xiàn)失效柱，則要將更換掉，且施工期間應(yīng)遵循先支護再整改的基本原則[4]；

4）參照后維護壓力大小，若壓力顯示的十分明顯，則要增設(shè)雙排加強柱，也可在第一排的外側(cè)按照5 m 的間隔距離設(shè)置π 型鋼進行加強支護；如果依然無法對頂板進行有效控制，則可以考慮在錨索鋼棚上頭按照5 m 的間隔距離設(shè)置井字形木垛加以可靠支護，該木垛為1.2 m 長半圓木，在沒有特殊要求的情況下也可使用方木；在設(shè)置木垛的過程中，應(yīng)先將底板上存在的浮煤浮矸全部清理干凈，使木垛做到見頂見底，最后在頂板使用木楔將頂板完全打牢。

5 支護效果

本次所用支護方法具有很好的懸吊性能，能從本質(zhì)上控制好頂板的離層，使留巷的頂板變?yōu)榻M合式巖梁，進而有效管理巷道的頂板[5]。對采空區(qū)范圍內(nèi)分布的留巷段落，可通過壘砌矸石袋實現(xiàn)加強支護，杜絕圍巖出現(xiàn)太大變形，而因為可能受到其它工作面采動造成的影響與作用，會使留巷出現(xiàn)異常情況，包括下沉和底鼓等，對此可通過人工臥底來滿足包含巷道內(nèi)運輸和通風等在內(nèi)的各項基本要求。

采用以上支護措施后，能顯著減少煤炭資源的損耗，當運輸巷的長度為250 m 時，通過對以上支護技術(shù)的應(yīng)用，能多回收近0.46 萬t 的煤柱；此外還能大幅減少掘進量，伴隨工作面不斷推進，設(shè)置完成的留設(shè)巷道可以為后續(xù)其它工作面提供運輸巷，減少一條巷道實際掘進量，若留設(shè)巷道的長度為250 m，則能節(jié)省近25 萬元的費用。在社會效益方面，若矸石壘砌帶寬為2 m，高度為1.7 m，則采用以上支護技術(shù)措施后可消除0.13 萬t 的井下矸石，具有十分顯著的社會效益[6]。

6 結(jié)語

對于沿空留巷支護，錨索托梁支護實現(xiàn)了很大程度的改進，可從本質(zhì)上改善頂板部分的完整性，達到預(yù)期懸吊的目標，形成符合預(yù)期的組合式巖梁結(jié)構(gòu)，進而實現(xiàn)對頂板部分的有效控制；通過在適當位置壘砌矸石袋能有效增強支護，杜絕頂板下沉現(xiàn)象的發(fā)生，這對巷道的成型十分有利，杜絕變形等現(xiàn)象發(fā)生，有明顯的經(jīng)濟效益和社會效益。以上結(jié)合綜采充填工作面實際情況，對其沿空留巷支護技術(shù)具體應(yīng)用進行了初步分析與總結(jié)，旨在為其它類似綜采充填工作面沿空留巷支護施工提供可靠技術(shù)參考，保證最終的支護質(zhì)量效果。