軟巖巷道沿空留巷聯合支護技術研究

劉燕祥 盆偉偉 黃漢鋒

(1. 廣西百色那荷礦業有限責任公司，廣西自治區百色市，533000； 2.廣西百色礦務局煤業有限公司，廣西自治區百色市，533000； 3.廣西百色百礦集團有限公司，廣西自治區百色市，533000)

在煤礦回采巷道布置過程中采用沿空留巷，每一個工作面可以少開拓一條巷道，有效提高煤炭資源回收率，還能實現工作面的Y型通風，解決高瓦斯礦井中的隅角瓦斯積聚的難題。對于煤炭資源相對匱乏的廣西地區，沿空留巷無疑是一種提高煤炭回采率的有效手段。但是，廣西地區的煤炭賦存條件有一定特殊性，地質條件較為復雜，煤巖體強度較低，煤炭資源多分布在軟巖當中。如果采用沿空留巷技術圍巖多會產生大變形，一方面給后續的煤炭資源開采造成安全隱患，另一方面也影響礦井正常的生產進度。因此，如何控制軟巖巷道沿空留巷圍巖的大變形是廣西地區推廣沿空留巷技術的關鍵。國內外專家學者對于沿空留巷技術進行了大量的研究，柏建彪等提出采用膏體材料進行巷旁充填沿空留巷技術，并建立了相應的力學模型以及膏體充填主要參數的確定方法；張農等基于沿空留巷采場覆巖運動特征，研究了采空側楔形區頂板應力傳遞承載機制及頂板預裂卸壓機理，并提出預裂爆破卸壓、分區治理、結構參數優化的“三位一體”圍巖控制關鍵技術。總體來看，在南方地區軟巖條件下采用沿空留巷技術的礦井較少，相關的研究也較少。因此，本文以廣西那荷煤礦C202工作面為工程背景，對軟巖巷道沿空留巷聯合支護的關鍵技術進行概括總結，解決了沿空留巷的支護問題，實現了應力的重新分配，為沿空留巷的推廣使用提供可借鑒的理論依據及技術經驗。

1 軟巖巷道沿空留巷聯合支護原理

那荷煤礦C202軌道巷軟巖巷道沿空留巷聯合支護技術是在傳統的沿空留巷技術基礎上加以創新，一是在工作面推進開采前提前在巷道進行雙排錨索施工，對巷道頂板進行加固支護；二是工作面推進開采后，及時在支架后采用U型鋼支柱配合π型梁切頂支護；三是創新使用錨桿鎖住π型梁一端與U型鋼支柱形成懸吊切頂聯合支護；四是沿空留巷內加強支護，在U型鋼支柱側使用兩排單體柱加強支護，保持巷道的支護強度。

2 軟巖巷道沿空留巷聯合支護的具體應用

2.1 設計思路

沿空留巷成功的關鍵在于頂板支護，對于較為完好堅硬的頂板，可以采用放炮預裂切頂主動切斷采空區與沿空留巷的聯系；對于較為破碎的軟巖頂板，則可以采取聯合支護，主動加強頂板的支護。聯合支護主要是針對壓力大、變形嚴重的巷道，有針對性地進行頂板支護及采空區控制，形成立體的聯合支護體系，使巷道頂板應力重新分布，達到巷道頂板壓力均衡分布目的，同時U型鋼支柱配合菱形網，可以有效阻擋采空區矸石往沿空留巷涌入，同時可以解決噴漿問題，達到留巷目的。

2.2 技術方案

2.2.1 試驗巷道的選擇

C202軌道巷位于那荷煤礦二采區C202工作面，C202軌道巷全長250 m，屬沿C煤層布置巷道，巷道寬3.6 m，高2.8 m，頂板較為破碎，采用錨網支護，具有典型的軟巖巷道特征，C202軌道巷沿空留巷可以當作下一個備采工作面的專用回風巷，這樣可以少掘進一條巷道，節約成本，同時提高備采工作面的可采煤量，所以軟巖巷道沿空留巷聯合支護技術工程選擇在C202軌道巷實施。C202巷道布置如圖1所示。

圖1 C202巷道布置圖

2.2.2 聯合頂板支護的設計

(1)雙錨索加強支護。在巷道原來的錨網支護基礎上，提前50 m采用雙排錨索加強支護。錨索規格為?15.25 mm×6000 mm鋼絞線；墊板規格為300 mm×300 mm×16 mm，每根錨索使用5支K2335型錨固劑。錨索間排距為1900 mm×3000 mm。C202軌道巷錨索布置如圖2所示。

圖2 C202軌道巷錨索布置圖

(2)聯合支護。首先使用單體柱頂住π型梁，然后在采空區側使用U型鋼支柱，在π型梁另一端打錨桿鎖住π型梁，形成聯合支護。具體技術要求為：U型鋼柱必須要有一定的迎山角，與垂直夾角約5°，頂住π型梁采空區一端，π型梁壓住菱形網。π型梁長2000 mm，一端開孔直徑30 mm，長50 mm，端使用2500 mm錨桿鎖住。每組聯合支護間距500mm。C202軌道巷沿空留巷聯合支護示意圖如圖3所示。

圖3 C202軌道巷沿空留巷聯合支護示意圖

(3)沿空留巷內加強支護。將采空區側原進行臨時支護的單體液壓支柱重新支護至與U型鋼架腿相距0.7 m位置π型梁上，形成第一排加強支護體，該段加強支護長度為支架后40 m內(略大于周期來壓步距)；再在距離巷道非采空區側巷幫1 m位置布置一排長約80 m的單體液壓支護+鉸接梁加強支護體(略大于兩個周期來壓步距)，柱距1 m。留巷內共形成雙排加強支護體。C202軌道巷沿空留巷聯合加強支護示意圖如圖4所示。

2.2.3軟巖巷道沿空留巷聯合支護施工工藝及技術參數

施工工藝流程為：準備工作→加強支護→臨時壓網支護→聯合支護→單體柱回收→噴漿。

圖4 C202軌道巷沿空留巷聯合加強支護示意圖

(1)準備工作。提前調整工作面保持機尾端頭支架上邊平回風巷下幫邊線，備足U型鋼腿、π型鋼梁、單體支柱、打錨索所需的工具材料等。

(2)加強支護。C202軌道巷頂板原錨桿支護規格為800 mm×800 mm，在原錨網支護的基礎上，采用雙排錨索加強支護：沿空留巷巷道煤壁往外500 mm打一排錨索，間隔1900 mm再打一排，錨索長度6000 mm，矩形布置，排間距為1900 mm×3000 mm，斜向邊幫15°布置。同時，工作面超前支護必須按規定提前完成。

(3)臨時壓網支護。工作面推進后，在沿空留巷巷道端頭支架尾部靠近采空區側掛雙層菱形網，配合單體柱壓住網頭，有效阻擋采空區竄矸，并形成臨時支護。

(4)聯合支護。步驟1，推采過程中端頭支架要注意與超前支護的單體配合工作，確保頂板支護到位，嚴禁出現空頂行為。步驟2，架設U型鋼柱+π型鋼梁棚架，在做好臨時支護后，及時安裝棚架，棚架架腿采用25U型鋼制作，架梁采用π型鋼，長度為2 m，π型梁一端支撐25U型鋼腿，π型鋼梁與回風巷巷道方向成垂直布置。U型鋼腿使用液壓升柱器連接工作面液壓系統升緊，保持初撐力不低于20 MPa。步驟3，打錨桿鎖定π型梁，π型梁另一端采用打錨桿鎖緊在頂板上，錨桿使用?20 mm×2500 mm全螺紋錨桿。鋼棚架垂直于巷道，間距0.5 m。步驟4，留巷內加強支護，布置U型鋼+π型鋼梁棚架后，將采空區側原進行臨時支護的單體液壓支柱重新支護至與U型鋼架腿相距0.5 m位置π型梁上，形成第一排加強支護體，該段加強支護長度為支架后40 m內(略大于周期來壓步距)，再在距離巷道非采空區側巷幫1 m位置使用單體液壓支護+鉸接梁布置一排約80 m加強支護體(略大于兩個周期來壓步距)，柱距1 m，迎山約5°。留巷內共形成雙排加強支護體。

(5)單體柱回收。進行留巷超40 m后開始回收留巷內的雙排單體支護，留巷超80 m后開始回收留巷內的單排單體支護，保持留巷內形成40 m雙排加強支護，80 m單排加強支護。

(6)噴漿作業。工作面結束后對采空區側進行噴漿，以防漏風，噴漿前重新整理好鐵網歸堆好材料后使用潮噴機噴漿封閉采空區。

2.2.4 沿空留巷的通風及頂板管理

為保證巷道通風，沿空留巷必須實現獨立通風。沿空留巷安設甲烷傳感器、一氧化碳傳感器、氧氣傳感器、溫度傳感器。為加強頂板管理，巷道每隔100 m安設壓力和離層觀測儀1套。

2.2.5 創新點

利用采面液壓系統，創新發明使用液壓升柱器；創新對沿空留巷進行聯合立體支護，形成錨桿+π型頂梁+雙支柱型聯合支護使巷道頂板應力重新分布，達到巷道頂板壓力均衡分布目的；參照工作面超前支護，根據工作面周期來壓步距，創新提出沿空留巷40 m內形成雙排單體柱加強支護，80 m內形成單排單體柱加強支護。

2.2.6 總結

(1)存在的問題。U型鋼柱在施工過程中容易打成直柱，迎山角不足；U型鋼柱柱頭卡口部分容易脫焊，大塊壓U型鋼柱往沿空留巷；頂板不平，π型梁接頂不嚴造成應力分布不均。

(2)解決方案。加強施工指導及施工監督，保證施工質量；加高加厚柱頭卡口部分，保證強度；針對頂板不平，使用枕木、木板進行配頂。

(3)經濟效果。減少掘進一條巷道的掘進、支護成本，縮短工作面布置時間，有效緩解采掘接替緊張的局面；沿空留巷可以實現無煤柱開采，提高采區回采率，大大提高煤礦經濟效益。

2.2.7軟巖巷道沿空留巷聯合支護技術成果展示

沿空留巷內雙排加強支護效果如圖5所示。沿空留巷效果如圖6所示。

3 結語

(1)沿空留巷在煤礦企業的推廣應用具有重要意義，煤炭是不可再生資源，推廣沿空留巷，實現無煤柱開采可以提高資源利用率。

圖5 沿空留巷內雙排加強支護效果圖

圖6 沿空留巷效果圖

(2)軟巖巷道實施沿空留巷，要克服巷道變形嚴重、壓力大等條件，而軟巖巷道沿空留巷聯合支護技術，可以很好地克服上述困難，實現沿空留巷。

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