沿空留巷支護(hù)技術(shù)研究與實(shí)踐

文/李憲偉

雙鴨山礦業(yè)集團(tuán)公司新安煤礦煤炭?jī)?chǔ)量不足，產(chǎn)量有逐年遞減的趨勢(shì)，沿空留巷技術(shù)的應(yīng)用對(duì)于類似新安煤礦的老礦來講，開拓了一個(gè)新的增產(chǎn)提效途徑，一定程度上增加了礦井的可采儲(chǔ)量，延長(zhǎng)了礦井的壽命。

一、工程地質(zhì)概況

新安煤礦六采區(qū)南翼八上層設(shè)計(jì)兩個(gè)采面（-450～-500 八上層右片、-430～-450 八上層右片），所采煤層為八上層，采深510～570m，平均煤厚1.56m，采面可采儲(chǔ)量15.5萬噸；八上層直接頂為1.1m厚粉砂巖，深灰色、質(zhì)地均勻，老頂為白色中砂巖，厚14.0m，底板為4.8m厚的灰白色細(xì)砂巖。該采面采用走向長(zhǎng)壁后退式回采工藝，采空區(qū)處理采用全部垮落法。通過對(duì)該采面的機(jī)軌巷實(shí)施沿空留巷技術(shù)，作為下一個(gè)采面的運(yùn)輸入風(fēng)巷。

二、巷旁支護(hù)新材料和新技術(shù)應(yīng)用

1.沿空留巷支護(hù)方案

沿空留巷支護(hù)分為基本支護(hù) （即掘進(jìn)期間的錨桿、錨索支護(hù)或架棚支護(hù)）、回采和留巷期間的加強(qiáng)支護(hù)、巷旁支護(hù)三部分。

2.巷內(nèi)基本支護(hù)

大量礦壓觀測(cè)表明，沿空留巷巷旁支護(hù)載荷遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于巷內(nèi)支護(hù)載荷。盡管沿空留巷巷內(nèi)基本支護(hù)載荷小，但所留巷道經(jīng)過兩個(gè)工作面采動(dòng)支承應(yīng)力作用，巷道發(fā)生大變形難以避免，沿空留巷巷內(nèi)基本支護(hù)不宜采用U型鋼可縮性支架和工字鋼剛性支架支護(hù)。而錨桿支護(hù)屬于主動(dòng)支護(hù)，通過錨桿支護(hù)的強(qiáng)度強(qiáng)化作用，提高圍巖的極限強(qiáng)度。因此，沿空留巷應(yīng)采用樹脂藥卷加長(zhǎng)錨固的高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿支護(hù)。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件，巷道頂板采用螺紋鋼錨桿、錨索配W鋼帶聯(lián)合支護(hù)。錨桿間排距為1000×1000mm矩形布置，四排管理。錨索間排距為2000×2000矩形布置，兩排管理。螺紋鋼錨桿規(guī)格為φ20×2200mm，錨索長(zhǎng)度為6.3m，打設(shè)深度6.0m。上幫護(hù)幫采用樹脂錨桿掛金屬網(wǎng)，間排距1200×800mm，兩排管理。

3.巷內(nèi)加強(qiáng)支護(hù)

沿空留巷在受到工作面采動(dòng)影響期間及采后留巷期間，巷道圍巖活動(dòng)強(qiáng)烈，尤其頂板下沉量較大。大量觀測(cè)結(jié)果表明，沿空留巷頂板活動(dòng)強(qiáng)烈的范圍在上區(qū)段工作面前方20m、工作面回采后方100m范圍內(nèi)，因此，上區(qū)段工作面前方20m、后方100m范圍內(nèi)需采用加強(qiáng)支護(hù)。加強(qiáng)支護(hù)可采用單體液壓支柱或?qū)ｉT研制的支架。必須在留巷側(cè)巷道頂板打設(shè)預(yù)應(yīng)力錨索，以調(diào)動(dòng)深部穩(wěn)定巖層承載能力。錨索長(zhǎng)度及打設(shè)角度視現(xiàn)場(chǎng)情況而定。在留巷段應(yīng)打設(shè)間距1m的單體液壓支柱配鉸接頂梁支護(hù)，單體柱初撐力不得低于90KN，工作阻力不低于250KN，活柱有400mm以上可縮量，單體柱的保留時(shí)間以28天為宜。采高適宜時(shí)，應(yīng)堅(jiān)持頂板打眼放炮人工強(qiáng)制放頂，以有效利用采空區(qū)冒落矸石支撐老頂能力。

4.巷旁支護(hù)

充填體由兩部分組成，上部采用強(qiáng)度較低、變形量大的充填材料（變形率25%～30%），高度為0.4m，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)頂板的早期讓壓，同時(shí)能有效保證及時(shí)密封采空區(qū)；下部采用強(qiáng)度較高的充填材料0.95m，可以保證頂板動(dòng)壓之后承擔(dān)直接頂?shù)暮奢d作用力，而不破壞。當(dāng)上部充填材料變形50%以上時(shí)，下部充填材料卻沒有受力，上部來力全部被上部充填材料的大變形給松弛掉，而不被傳遞到下部的充填材料，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)充填體既有較大的變形量又有較高的承載強(qiáng)度，達(dá)到支護(hù)和密封雙重效果。

充填材料。充填袋上部使用瑞米密閉3號(hào)，其高度為0.4m；下部長(zhǎng)方體部分使用瑞米密閉1號(hào)，其高度為0.9～1.0m。

材料參數(shù)。瑞米密閉1號(hào)抗壓強(qiáng)度＞4Mpa左右；初凝時(shí)間2～3分鐘；終凝時(shí)間：＜30分鐘。瑞米密閉3號(hào)抗壓強(qiáng)度＞0.4Mpa；初凝時(shí)間2～3分鐘；終凝時(shí)間：＜30分鐘。

上部密閉3號(hào)材料的試樣大小為100×100×100mm，下部密閉1號(hào)試樣大小一樣。在試驗(yàn)變形達(dá)到60%以上時(shí)，下部密閉1號(hào)材料剛開始受力并開始變形，壓縮直到85%以上時(shí)下部密閉1號(hào)材料還沒有破壞 （此時(shí)密閉1號(hào)的變形量才不到5%，其最大變形量能達(dá)10%～20%）。從實(shí)驗(yàn)室結(jié)果可以看出：上部材料在壓縮到85%以上時(shí)，整個(gè)支護(hù)材料能承擔(dān)很高的荷載而不被壓壞，起到很好的變形和承載作用。

充填袋選擇。尺寸：長(zhǎng)×寬×高=5×1.0×（0.4m+0.95m）。材質(zhì)：高強(qiáng)度防滲漏加筋充填袋。完成臨時(shí)支護(hù)后，每隔6m充填一次，一次充填1個(gè)袋子。

三、結(jié)論

現(xiàn)場(chǎng)礦壓監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，使用新型充填支護(hù)材料沿空留巷降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了施工速度，增強(qiáng)了采空區(qū)密封性。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，結(jié)論如下。

1.新安煤礦相鄰的采面間一般要留設(shè)16m的保護(hù)煤柱，沿空留巷技術(shù)應(yīng)用后，不用留煤柱，僅該采面可多回收煤炭1.5萬噸，為企業(yè)增盈150萬元。如果該項(xiàng)目能夠廣泛推廣，將有效提高煤炭回收率，增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

2.正常情況下，掘460m巷道，150人的掘進(jìn)隊(duì)需5個(gè)月工期，而沿空留巷僅需7名工人施工作業(yè)，工作效率大幅提高。

3.從前每掘進(jìn)該巷道1m投資1500元，每留巷1m投資1500元。應(yīng)用支護(hù)技術(shù)后，每進(jìn)1m巷道節(jié)資1500元，該采面沿空留巷長(zhǎng)度460m，僅此一項(xiàng)節(jié)省投入90萬元。