南嶺煤業無巷旁充填體沿空留巷技術應用研究

楊國平

（陽煤集團南嶺煤業有限責任公司，山西 陽泉 045000）

1 工程概況

陽煤集團南陵煤業有限公司現階段正在進行5#煤層的采掘工作，5#煤層厚度一般在1.32.0m～2.96m，平均厚度2.25m，煤層變異系數為12.4%，可采指數為1，煤層傾角1°～22°，平均6°。即將進入回采階段5212綜采工作面處于5#煤層一水平二采區。工作面標高為+802m～+864m。工作面走向長度為740m，采長為174m，面積為113952.6m2。該工作面西部為北翼系統大巷，南部為5210工作面正在回采，北部為5214綜采工作面（未掘），具體的巷道布置及位置詳情如圖1所示。工作面上部存在2#煤調查采空區、2206綜采工作面（還未回采）。該工作面位于羊圈村東北部，工業廣場西北部。距離北部礦界245m。地面標高為+1120～+1260m，工作面蓋山厚度為270～400m，整體地勢為西高東低的斜坡地形。南陵煤業5#煤層工作面采掘布置留設20m的區段煤柱，回采巷道在本工作面回采完畢后即廢棄，造成了工作面采出率和巷道利用率低，礦井采掘接替緊張的問題，由于5#煤層采高較小，并且目前巷道圍巖控制技術的成熟[1～2]，為提高工作面采出率、巷道利用率，設計在5212工作面應用無巷旁充填體沿空留巷技術，將5212軌道運輸順槽保留下來為5214工作面所用。

圖1 5212工作面回采巷道布置圖

2 5212軌道運輸順槽掘進支護

南陵煤業5212軌道運輸順槽巷道斷面為矩形，巷道斷面為寬×高＝4200×2500mm，掘進時采用錨網索進行支護，頂板錨桿規格為Ф20×2000mm左旋無縱筋螺紋鋼樹脂錨桿，錨桿間排距為900×800mm，錨桿之間通過由直徑為16mm的圓鋼加工制成鋼筋梯子梁進行聯結，靠近兩幫的錨桿向外側傾斜15°安裝，其余垂直頂板施工，錨桿托盤采用與梯子梁配套的150×143×8mm高強度托盤，金屬網片采用由直徑4mm鐵絲制成的經緯網，錨固劑為一支MSZ2360中速樹脂藥卷，預緊扭矩 250N·m，錨固力 20t。頂板錨索采規格為Ф17.8×4250mm的低松弛預應力鋼絞線，采用“1-1-1”邁步式布置方式，錨索排距為2400mm，錨固劑采用MSK2360、MSZ2360樹脂錨固劑各一支，均垂直頂板安裝，安裝預緊力不小于80kN。

兩幫支護錨桿采用Ф18×2000mm全螺紋左旋等強錨桿，錨桿間排距為700×1000mm，同排錨桿間通過GRT-M4鋼帶聯結，鋼帶尺寸長×寬×厚=4200×173×4mm，錨桿托盤采用與鋼帶配套的150×143×8mm高強度托盤，金屬網片采用由直徑4mm鐵絲制成的經緯網，錨固劑為一支MSZ2360中速錨固劑，每排四根錨桿均垂直煤壁安裝，最下部一排錨桿距離底板200mm，金屬網片采用8#勾花式菱形金屬網，網片規格長度×寬度=2700×1200mm，網片之間搭接寬度不小于100mm，并用10#鐵絲進行綁扎。

圖2 5212軌道運輸順槽掘進支護方案

3 5212軌道運輸順槽采前加固

南嶺煤業5212工作面回采前對5212軌道運輸順槽進行加固，頂板加固采用單體錨索和錨索梁，①在頂板巷道中心線對應的位置，兩排錨桿之間補打一根直徑為17.8mm，長度為4250mm的單體錨索，錨索托盤采用邊長300mm、厚度為15mm的方形托盤，錨固劑采用MSK2360快速錨固劑和MSZ2360中速錨固劑各一支，安裝的預緊力不小于100kN。②在距離兩側巷幫為400mm和680mm的位置，分別布置一道錨索梁，錨索安裝時向外側傾斜25°左右，錨索梁采用長度為2600mm的14#槽鋼，錨索間距離為2100mm，錨索的錨固方式與補強單體錨索相同。補強后頂板支護詳情如圖3（a）所示。非回采側（煤柱側）加固形式如圖3（b）所示，錨索采用規格為Ф17.8×4250mm的低松弛預應力鋼絞線，錨索梁采用14#槽鋼，梁長2.6m，錨索孔之間間距為2.1m，加鼓形小墊板，規格80×100×10mm，錨索均垂直煤壁施工，靠上的一排錨索梁距離巷道頂板500mm，下部的錨索梁距離巷道底板1000mm，每個錨索梁壓三根鋼帶，錨固劑采用MSK2360快速錨固劑和MSZ2360中速錨固劑各一支，安裝時預緊力不小于80kN。

圖3 5212軌道運輸順槽采前補強支護

4 5212工作面回采期間留巷輔助支撐設計

南嶺煤業5212軌道運輸順槽留巷期間巷內輔助支護詳情如圖4所示，在沒有巷旁充填體的情況下進行工作面的回采，巷道頂板的支撐主要依賴三排單體液壓支柱提供的強力支撐，單體液壓支柱超前工作面30m開始布設，靠近采空區側的支柱距采空區約450mm，靠近巷道中心線的支柱距離巷道中心線1050mm，靠近非回采側煤壁的單體支柱距離巷道中心線1000mm，靠近采空區的單體柱支柱通過十字鉸接頂梁連接，底部穿復合鐵鞋連成一體，單體支柱間排距為600mm，安裝單體液壓支柱時要求初撐力不小于90kN，設置3～5°的迎山角。為避免工作面回采后，上部垮落破碎的巖石對單體液壓支柱進行沖擊、擠壓，采用工字鋼梁配合1.0×4.0m的8#金屬菱形網片的形式進行護幫，采空區隔離通過在擋矸網外的巷內側掛設土工布，并噴涂3～5cm厚的化學柔性材料防止采空區瓦斯泄露或漏風。

圖4 5212工作面回采期間輔助支撐

5 5212軌道運輸順槽沿空留巷期間礦壓觀測

5.1 5212軌道運輸順槽在工作面回采前圍巖位移特征

5212軌道運輸順槽成巷以后，對其全長740m進行圍巖位移情況的監測，5212工作面聯絡巷為5212軌道運輸順槽里程740m處。根據現場監測的數據整理后得到如圖5所示的結果，根據巷道圍巖的破碎情況及控制效果可將其進行分類[3～4]，I類，正常巷段：巷道頂板完整，無明顯網兜、片幫，頂板無明顯下沉；II類，圍巖輕度破碎巷段：巷道頂板表明凹凸不平，出現網兜、輕微片幫等現象，頂板略微下沉；II類，圍巖嚴重破碎巷段：由于斷層、地下水等因素的影響，巷道內部表現有臺階，頂板和兩幫錨索出現拉斷脫落的現象，頂板出現冒頂，兩幫片幫嚴重。根據圖5所示的現場觀測結果，5212軌道運輸順槽成巷后I類累計長度約為460m，占總長的62.2%；II類累計總長度為240m，占巷道總長的32.4%；III類累計總長度約為40m，占巷道總長度的5.4%。由此可知，留巷前5212軌道運輸順槽圍巖穩定性良好。

圖5 5212軌道運輸順槽巷道寬高圖

5.2 5212軌道順槽留巷中期巷道變形特征

在5212工作面推進長度達400m時，再次對5212軌道運輸順槽圍巖的位移情況進行現場勘查，整理后得到如圖6所示的結果。根據現場監測結果可以看出，采煤工作面后方及超前60m范圍內圍巖位移量較大，超前工作面60m范圍內，即5212軌道運輸順槽里程250～310m區段內，巷道的頂底板相對移進量為300～500m之間，兩幫收斂量在150～200mm之間，巷道的高度和寬度整體變化較小，巷道圍巖支護情況穩定；工作面后方巷道里程300～700m區段內，圍巖的位移量達到最大，頂底板移近量平均約為800mm，兩幫相對移近量約為500mm，變形較大。至2018年9月，5212工作面回采完畢，留巷后期5212軌道運輸順槽圍巖位移情況歸為I～II類的共600m，成功留巷長度達640m，南嶺煤業5212工作面無巷旁充填沿空留巷技術取得了階段性成功。

圖6 留巷中期5212軌道運輸順槽圍巖收斂圖

6 結論和建議

為解決蘭南嶺煤業礦井采掘接替緊張的難題，提高工作面煤體采出率、巷道利用率，設計在該礦的5212工作面進行無巷旁充填體沿空留巷技術，通過對其詳細的支護參數進行設計研究及現場礦壓觀測，現場應用及監測結果表明取得了很好的支護效果，最終成功的沿空留巷長度達640m，使該礦減少了三個掘進工作面，消除了區段煤柱使每個工作面多采出12.45t煤炭資源，實現了5#煤層的無煤柱連續開采積累了豐富的生產實踐經驗。建議：留巷期間一定要加強單體液壓支柱的管理，確保支柱垂直頂板或向采空區適當的傾斜，支柱出現傾斜要及時進行調整，保證巷道內輔助支撐具有足夠的強度。