沿空留巷技術在伯方煤礦中的應用研究

王建強 秦 超

（山西蘭花科技創業股份有限公司伯方煤礦分公司，山西 晉城 048000）

伯方煤礦在3#煤層3308 工作面回采完成后，擬在3307工作面、3309工作面采用小煤柱沿空留巷。但由于留小煤柱沿空掘巷，受臨近采空區側向支承壓力影響，巷道變形量大，維護困難，在回采階段需對3308 工作面兩順槽加強支護，保證采空區側向支承壓力影響下巷道圍巖變形在可控范圍，為后期小煤柱開采時的合理煤柱尺寸留設以及3307、3309 工作面順利回采創造安全條件。

1 工作面概況

3308 工作面是三盤區第一個沿空留巷工作面，煤層賦存條件較好，傾角在1°～7°之間，煤層平均厚度為5.41m。工作面傾向長度是210m，走向長度1900m。基本頂為平均厚度16.65m 的由碎屑、石英、白云母組成的粗砂巖，緊密結實；直接底為平均厚度3m 的細砂巖；基本底為平均厚度 2.7m 的泥巖，上部有細砂巖。以“兩進一回”的布置形式沿煤層頂板掘進3 條巷道，巷道布置示意圖如圖1所示。

圖1 巷道布置示意圖

2 沿空留巷工藝技術

通過分析工作面覆巖關鍵塊的穩定性可知：在二次采動的影響下，由于塊體斷裂而產生的大結構仍能保持穩定狀態，直接頂和留巷頂煤的懸臂結構是否能承載較大壓力是影響綜放作業面留巷穩定性的關鍵因素。通過對頂板實施錨索補強加固措施，增強其自由端支撐，保證懸臂結構在較大的承載力下不出現彎曲，使其具備滿足要求的可靠性。除此之外，通過加強懸臂梁的固支端即開展煤壁側補強支護作業，從而加強懸臂梁的承載性，具體實施方法如下：

（1）膜袋加固。在不斷推移的回采作業過程中，上部覆巖下沉就會產生向下的壓力，這個壓力逐漸施加在巷旁充填體，并且基本頂會發生破斷回轉，會產生需要巷旁充填體直接承載的側向壓力。在雙重壓力下，工作面后方產生的支撐壓力變得更高，嚴重影響充填體的承載力和完整性，需要制定能夠增強充填體穩定性和強度的合理的方案措施：將螺紋鋼對拉鋼筋于充填作業前布置到充填膜袋內，鋼筋在充填液體凝固了以后就需施加側向約束力，從而提升充填體的穩定性和強度。拉鋼筋布設如圖3所示。

圖2 對拉鋼筋布設示意圖

（2）“超前單體+鉸接頂梁”支護。實施“單體液壓支柱+鉸接頂梁”的支護方案，在超前作業面 20m 區域范圍內布置以加強支護。采用1.2m 長的鉸接頂梁，使超前支撐壓力對留巷產生的影響最大限度的縮減，從而達到增強巷道安全性和穩定性的目的。“超前單體+鉸接頂梁” 支護布置圖如圖4 所示。

（3）頂板錨索補強。在留巷頂板再次打設錨索，每一排新增3 根錨索，采用2m 的間距，且與之前的錨索交錯布置。其中1#、2#和3#錨索分別布置在作業面煤幫、充填體正上方和距幫壁1m 處。1#、2#和3#均采用直徑22mm 的錨索，其長度分別為5.3m、8.3m 和8.3m。錨索布置示意圖如圖5 所示。

圖3 “超前單體 + 鉸接頂梁”支護布置圖

圖4 錨索布置示意圖

（4）針對在3308 工作面回采后極容易出現頂板垮落巖塊現象，借助于廢舊的36U 型鋼材質的柱腿搭設于巷道上方，以此來防止頂板垮落巖塊進入巷道。同時，將菱形網提前布設在液壓支架的上方，并搭接在巷道頂板的鐵絲網上，起到擋矸的作用。36U 型鋼柱腿示意圖如圖 6 所示。

圖 5 36U 型鋼柱腿示意圖

3 實施效果分析

在充填體安置型號為GPD30 應力感應裝置，測量和記錄充填體的應力，繪制應力曲線如圖7 所示。分析圖7 應力曲線可知：充填體內部所承受的壓力隨著工作面間隔的增加而緩慢增加。壓力在作業面后方10m 處開始出現變化，推進至80m 時，壓力開始走向平穩，且內部壓力≤4MPa。總之，工作面頂板在回采作業過程中慢慢下沉，而充填體受到擠壓壓縮增阻，對頂板起到很強的支撐作用，使頂板變形在可控范圍內，充填體始終保持良好的完整性和穩定性，且可壓縮性和設計強度滿足使用要求。

圖6 應力曲線

在33088 工作面回采期間，臨時采取木垛、加密點柱等方式對支護情況進行強化，實現對巷道變形的有效控制。結合觀測的數據統計：回采期間，整條巷道的頂板最大下沉量為200mm，平均下沉量在90mm 左右。因此，采用膜袋加固、“超前單體+鉸接頂梁”支護、頂板錨索補強等措施可有效抵制采空區側向壓力的影響，控制留巷的變形。

4 結語

伯方煤礦在3#煤層開采過程中，根據實際情況開展留巷工藝的研究和應用，找出合適礦井地質條件的沿空留巷工藝，從而助力礦井向高效益、更安全方向發展。