新型聯合支護技術在沿空留巷中的實踐與應用

摘要：沿空留巷可實現無煤柱開采，提高煤炭資源回收率，本文通過在對沿空巷道受力特征、變形機理、支護機理、影響因素分析和研究的基礎上，結合孟莊煤礦IV315工作面的地質特征和圍巖特性，提出了采用U型棚、錨索、混凝土巷旁復合支護技術。能夠保證留巷的正常使用，為沿空巷道支護探索了一種新方法。

關鍵詞：沿空留巷 混凝土 復合支護

1 礦井及工作面概況

孟莊煤礦1970年破土動工興建，1975年10月簡易投產，設計生產能力30萬t/a，隨著礦井衰老，資源已枯竭，為提高資源回收率，決定對IV315機巷實施沿空留巷，該工作面位于孟莊礦IV-1采區南翼，上界標高-551.1m，下界標高-617.2m，平均煤2.5m，平均傾角20°，可采儲量為33.87萬，煤層賦存較穩定，結構較簡單，采用走向長壁后退式回采，爆破落煤，單體液壓支柱配合鉸接頂梁支護頂板，“三、四”硐管理，全部垮落法處理采空區。

2 沿空留巷的技術分析

為解決工作面接替問題，減少巷道掘進量，決定在Ⅳ315工作面探索性的實施了沿空留巷技術。

2.1 沿空留巷的地質分析 Ⅳ315機巷巷道支護狀況總體較好，為保證支護措施的針對性，留巷前對機巷的頂、底板巖層狀況進行進一步探查，為采取，經查直接頂為灰色泥巖，厚2.8～4.8m，巖性均一，工作面回采時能隨采隨落，極易冒落，基本頂為灰色細砂巖，厚2.5～4.2m，巖層堅硬，周期來壓步距為20～30m，底板以泥巖為主，遇水膨脹。

2.2 沿空留巷的礦壓分析 我們對留巷礦壓進行深入分析：巷道原巖應力雖然是造成沿空留巷困難的根本原因，采動影響所造成的支承壓力是使留巷變形的直接原因。采動影響是由于回采工作引起圍巖應力的重新分布，煤炭開采后，采空區上方巖層重量將向采空區周圍新的支承點轉移，從而在采空區四周形成支承壓力帶。隨著工作面的推進，采動影響越來越劇烈，便進入采動劇烈影響帶，一般為工作面后方5-60m，該影響帶內巷道圍巖強烈變形、移動和破壞，

3 留巷方案

根據上述礦壓分析和Ⅳ315工作面的圍巖特性及原支護狀況，巷道的承載來自超前支承壓力、傾向支承壓力、頂板冒落動載荷及上覆巖層自身載荷這幾個方面，據此，我們決定采用錨索（鋼帶）-U型棚支架-混凝土巷旁支護的復合支護，實施對315機巷的沿空留巷。同時，輔以單體挑棚作為加強支護，具體施工剖面圖見附圖

附圖：

預應力錨索（鋼帶）

3.1 支護機理 在超前采動影響帶內，超前支承壓力和傾向支承壓力對巷道影響較大，為了減小其對巷道破壞，采用超前工作面30m施工預應力錨索對頂板進行主動支護，使頂板在沒有受到采動影響的情況下，在超前采動影響帶內形成 “承載梁”，使其疊加懸吊在巷道頂板上部穩定巖層中，提高頂板的整體性和內在抗力，讓頂板發揮承載作用。

3.2 U型棚支架 Ⅳ315機巷為U型棚支護，該支護方式具有一定的可縮性，回采過程中，支架的可縮性已基本消耗殆盡，支架近乎處于剛性狀態，在采動劇烈影響帶內頂板冒落形成的動載荷想完全依靠剛性狀態的U型棚來承載顯然是不現實的，為此，我們在背幫留巷時對U型棚上幫棚腿讓壓擴幫，讓支架保持在一個技術上有效的合理承載范圍內。

3.3 混凝土巷旁支護 在劇烈采動影響帶內，隨著工作面回采會形成一端固定在留巷及其下幫煤體上的懸臂梁，這種“梁”在自重及上覆巖層的作用下主要產生旋轉變形為主，使采空區頂板冒落形成的“懸臂梁”變成“雙支梁”，抑制巷道與采空區交界處的頂板下沉，以避免留巷支架嚴重變形。

3.4 加強支護 留巷期間，煤壁前30m及及留巷內采取一板三柱（單體支柱）方法加強對留巷的支護，降低采動影響穩定帶的頂板下沉量。

4 施工工藝

錨索-U型棚支架-混凝土巷旁聯合支護的留巷施工工藝分為：刷幫、施工錨索；擴棚下底梁；背幫噴漿。

4.1 刷幫 ①機巷上幫始終超前煤壁30m刷幫，以便施工錨索。②刷幫以U型棚腿為邊向上刷寬不少于1m，刷幫采用三棚單體支柱、鉸接頂梁構成的走向棚進行支護，其中上幫支架一梁兩柱，用塘材、笆片背嚴，其它支架一梁一柱。

4.2 錨索施工 ①在機巷始終超前煤壁30m施工4排錨索對頂板進行主動支護。②錨索直徑為15.24mm，錨索長度7.0m。③錨索錨入頂板堅硬巖層0.8～1.0m。④每個錨索5根樹脂藥卷，藥卷為Z2335。

4.3 擴幫下底梁 ①工作面每采一個循環，要對下出口老塘側U型棚支架上幫棚腿擴幫。②擴幫時，先用點柱管理U型棚，再拔掉上幫棚腿，重新挖腿窩、支棚腿，然后再用3副卡纜將梁、腿卡緊，保證U型棚支架梁腿接合嚴密、正規有力。③擴幫后，便可對巷道臥底，然后在U型棚腿的上下幫分別沿走向放一塊0.2×0.2×1.4m的方木，最后在兩方木中間下底梁（Φ0.15×3.6m）并用木楔打緊。

4.4 背幫噴漿 ①回柱前，直接在U型棚上幫用木板、鐵絲網等背嚴。②背好幫后，在留巷上幫沿采空區噴漿，混凝土墻垛寬度不少于1.5m。

5 應用情況與效果

沿空留巷技術發展到今天，一直受制于巷道圍巖性質、結構以及施工工藝，錨索（鋼帶）-U型棚支架-混凝土巷旁支護的復合支護留巷技術在我礦Ⅳ315工作面的實施，目前已留巷結束并投入使用，其經濟及社會效益十分顯著：

①可以實現無煤柱開采；②以大大降低工作面巷道掘進量；③可以大大緩解工作面的接替；④可以大大節約成本和設備投入；⑤支護技術科學，施工工藝簡單；⑥對于煤與瓦斯突出礦井，沿空留巷還可有效降低煤與瓦斯突出的概率，對安全生產來講意義重大。

6 結束語

地質條件是留巷成功的基礎，合理的支護措施是必要條件，工程質量是留巷成功的重要保障。事實上，沿空留巷的頂板最終沉降量與支護技術和支護參數的關系不大，其最終沉降量主要取決于煤層采高、直接頂厚度及圍巖性質等，只有采空區當基本頂下沉觸及采空區矸石時，留巷的頂板下沉才能基本停止，因此，我們不能企圖用支護來改變圍巖應力狀態，但支護能在相當程度上抑制直接頂離層，平衡采動影響，因此，留巷要讓壓適度，卸壓充分，并保證合理的支護形式，使頂板下沉而不離層，壓力釋放而不松動，只有這樣，才能取得好的效果。總而言之，沿空留巷從技術上看是可行的，從經濟上是可取的，有著廣闊的推廣應用前景。