中厚煤層沿空留巷圍巖控制技術(shù)研究

馮旭明

(汾西礦業(yè)賀西煤礦,山西 柳林 033300)

引 言

高瓦斯礦井常采用“U+L”或“Y”型沿空留巷巷道布置方式來解決工作面上隅角瓦斯積聚問題[1]。“U+L”尾巷支護(hù)較為簡單，但掘進(jìn)準(zhǔn)備時間較長，易造成采掘接替緊張；同時尾巷因服務(wù)兩個工作面，服務(wù)時間常在兩年以上，巷道維護(hù)成本較高。賀西煤礦作為高瓦斯、煤炭儲量緊缺礦井，采用“Y”型沿空留巷巷道布置解決了工作面瓦斯積聚的問題，避免了采掘接替緊張，提高了煤炭采出率，但也存在沿空巷道支護(hù)難的問題。為此，本文開展沿空巷道圍巖控制技術(shù)研究。

1 工程概況

賀西煤礦3302(2)工作面所采煤層為山西組3#煤，地面標(biāo)高為+977.4 m～+1 121.5 m，煤層底板標(biāo)高為+692 m～+782 m，平均厚度1.73 m，煤層平均傾角3°，呈背向斜相間構(gòu)造，煤層結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定可采；絕對瓦斯涌出量12.2 m3/min，煤塵具有爆炸危險性。3302(2)工作面傾向長180 m，走向長1 450 m，采用綜合機(jī)械化傾斜長臂一次采全高采煤法采煤。3#煤頂?shù)装鍑鷰r特性如下表1所示。

表1 3#煤層頂?shù)装鍑鷰r特性表

2 沿空留巷巷道圍巖變形及控制機(jī)理

2.1 沿空留巷圍巖變形機(jī)理

對于沿空留巷來說，關(guān)鍵層理論認(rèn)為：關(guān)鍵層(主要指老頂)破斷后會形成“砌體梁”結(jié)構(gòu)，其中關(guān)鍵塊B的一個支撐點在實體煤幫側(cè)，另一個在采空區(qū)松散破碎巖塊上。沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)模型[2-4]，如圖1所示。

圖1 沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)模型

沿空巷道實體煤處因支撐關(guān)鍵塊B及其覆巖而受到應(yīng)力集中作用，造成煤體的強烈變形。若關(guān)鍵塊B回轉(zhuǎn)變形加劇，則沿空巷道頂板會急劇下沉，造成沿空巷道的失穩(wěn)、破壞。因此，控制關(guān)鍵塊B的穩(wěn)定是沿空留巷支護(hù)的關(guān)鍵。

2.2 巷道圍巖控制機(jī)理

1) 合理的巷旁支護(hù)。合理的巷旁支護(hù)能適應(yīng)關(guān)鍵塊B的回轉(zhuǎn)下沉，有助于維護(hù)關(guān)鍵塊B的穩(wěn)定。較高支護(hù)阻力與一定可縮量的巷旁支護(hù)體與實體煤共同承載，可以確保巷道圍巖的穩(wěn)定。

2) 合理的巷內(nèi)支護(hù)。沿空巷道的頂板及實體煤幫因受覆巖的集中應(yīng)力作用而破壞，穩(wěn)定性較差，承載能力變?nèi)酢：侠淼南飪?nèi)支護(hù)設(shè)計能強化巷道圍巖的支護(hù)強度，控制巷道圍巖的變形。

3 巷道圍巖支護(hù)設(shè)計

3.1 一次成巷支護(hù)設(shè)計

3302(2)工作面回風(fēng)平巷斷面尺寸為4 700 mm×2 700 mm,一次掘進(jìn)成巷時支護(hù)方式如圖2所示。兩幫分別布置3根間排距800 mm×900 mm的Φ20×1 800 mm的螺紋鋼錨桿，同時右?guī)脱a打2根長7 m間排距900 mm×1 800 mm的Φ17.8 mm的鋼絞線錨索；頂板布置5根間排距800 mm×900 mm的Φ20×2 200 mm的螺紋鋼錨桿，其中兩肩錨桿與水平方向呈80°布置；頂板布置4根長7 m間排距900 mm×1 800 mm的Φ17.8 mm的鋼絞線錨索。

圖2 一次成巷支護(hù)設(shè)計斷面圖

3.2 充填墻體支護(hù)設(shè)計

沿空留巷充填墻體[5]斷面尺寸為1 700 mm×2 700 mm，所用混凝土充填材料配比詳見表2，充填墻體強度測定數(shù)據(jù)見表3。

表2 混凝土充填材料配比表

表3 充填體材料強度測定

在柔模內(nèi)預(yù)留拉筋，拉筋采用長1 800 mm、Φ22 mm的鋼筋，并配合使用200×200×10 mm的鐵板及螺帽緊固，確保柔模的填充寬度為1 700 mm。與此同時，在柔模注漿前要在柔模兩側(cè)支設(shè)間排距為1 800 mm×600 mm的帶帽點柱進(jìn)行補強支護(hù)。

3.3 二次加強支護(hù)設(shè)計

在工作面機(jī)頭三角區(qū)從工作面煤幫向工作面鋪設(shè)3.1×1.1 m的鋼塑網(wǎng)，采用4根間排距900 mm×1 200 mm的Φ20×2 200 mm的螺紋鋼錨桿配合Φ14-60-2700-4的鋼筋圈梁壓網(wǎng)維護(hù)；在充填墻體外側(cè)900 mm處，使用2 500×Φ(180-220)mm的圓木配合500×200×80 mm的柱帽打戴帽點柱支護(hù)，間距為1 200 mm。同時，為保證沿空留巷的支護(hù)質(zhì)量，巷內(nèi)使用DW-25或DW-28型單體液壓支柱配合1.2×0.2×0.14 m的方木一梁兩柱進(jìn)行維護(hù)，2 000×200×180 mm的木大梁作底梁，底梁間距1 200 mm。巷內(nèi)二次加強支護(hù)設(shè)計如見圖3所示[6-7]。

圖3 沿空留巷支護(hù)設(shè)計斷面圖

4 結(jié)語

本文以賀西煤礦3302(2)綜采工作面回風(fēng)平巷為研究對象，根據(jù)該煤礦工程地質(zhì)條件，分析了沿空留巷圍巖變形及控制機(jī)理，提出了沿空巷道一次成巷支護(hù)方案、巷旁支護(hù)方案及二次補強支護(hù)方案。工程實踐表明，通過此套巷道圍巖支護(hù)方案的實施， 3302(2)工作面回風(fēng)平巷在經(jīng)受兩次采動影響下，巷道的圍巖變形仍控制在較小范圍內(nèi)，巷道圍巖變形得到了有效控制，同時工作面上隅角瓦斯積聚問題也得到了有效解決，確保了煤礦的安全、高效生產(chǎn)。