唐安煤礦沿空留巷支護技術研究

潘 峰

（山西蘭花科技創業股份有限公司山西省晉城市048000）

0 引言

沿空留巷技術具有可實現無煤柱開采、提高回采率、優化礦井通風方式和提高采掘效率等優勢。而沿空留巷時由于巷道一側臨近采空區，給巷道的支護帶來了一定的困難[1-3]。為此，需對沿空留巷支護技術進行研究，提高沿空留巷的施工效率和安全性[4-5]。

1 工程概況

唐安煤礦位于高平市馬村鎮境內，目前，唐安煤礦正在開采三盤區，為提高采掘效率，降低煤礦生產成本，決定在三盤區3307工作面進行沿空留巷，將3307工作面的軌道巷保留下來，作為相鄰工作面的皮帶巷。3307工作面軌道巷老頂堅硬不易垮落，沿空留巷支護難度較大。

2 沿空留巷切頂卸壓技術

在進行沿空留巷道時，若采空區上覆老頂強度較高，無法斷裂，則可形成懸頂現象。在礦山巖層控制中，我們可把這種強度高、完整性好的老頂稱為關鍵塊。老頂關鍵塊懸頂，可增加巷道上覆荷載，引起保留巷道的圍巖支護阻力變大，給沿空留巷的支護帶來一定的困難。可采用切頂卸壓技術對關鍵塊進行卸壓處理。煤礦巷道頂板切頂卸壓一般采用爆破法，在進行爆破切頂卸壓時，應根據巷道圍巖力學參數進行爆破參數設計，并選擇合理的起爆方式。預裂爆破切頂卸壓技術原理圖如圖1所示。結合唐安煤礦3307工作面沿空留巷頂板特性，對預裂爆破切頂卸壓技術參數設計如下：

（1）爆破器材：φ60×480 mm三級煤礦許用乳化炸藥，煤礦許用8號瞬發電雷管；

（2）孔網布置：平行布置方式，炮孔直徑75 mm，傾角70°，長度11.5 m，間距1.5 m；

（3）裝藥參數：單孔裝藥量16.2 kg，裝藥長度5.76 m，封孔長度5.74 m（圖2）；

（4）爆破方式：串聯起爆。

圖1 預裂爆破切頂卸壓技術

圖2 炮孔裝藥結構

切頂卸壓時首先在超前工作面50 m外，施工預裂鉆孔，在超前工作面30 m～50 m范圍內（根據施工和工作面推進情況實時調整），進行鉆孔預裂爆破，每次起爆5個鉆孔，形成切頂缷壓預裂切縫線。待工作面推過后，及時采用圍護支架沿切縫線擋矸，澆筑柔模混凝土墻體隔絕采空區，保證巷道穩定。

3 沿空留巷支護設計

錨桿（索）支護技術是目前巖土支護領域最為常用的技術之一，煤礦領域錨桿（索）支護理論可分為三大類：懸吊理論、組合梁理論和擠壓加固作用，錨桿（索）作用于巷道圍巖后可降低圍巖中拉應力的分布范圍，避免巷道圍巖發生離層、開裂等現象，提高圍巖的整體性和穩定性。

3.1 巷道圍巖支護設計

臨近采空區一側的圍巖支護，即巷旁支護，有效的巷旁支護可隔離采空區有毒有害氣體、優化巷道斷面的支護壓力。結合錨桿（索）支護理論，考慮沿空留巷道的后期使用要求，并結合唐安煤礦的實際地質力學參數，經研究決定在3307工作面預留巷道采用“錨桿+錨索+金屬網+柔模混凝土+錨栓”的綜合支護方案。支護參數如下：3307工作面沿空留巷頂板采用φ21.6×8 300 mm錨索與φ20×2 200 mm高強錨桿，錨索間排距離為1 800×900 mm，錨桿間排距為900×900 mm；巷內幫采用φ20×2 200 mm的高強錨桿，錨桿間排距與頂錨相同；為隔離采空區的有害物質，巷旁支護采用強度等級C30的柔模混凝土與φ20×1 550 mm的高強螺紋鋼，錨栓間排距為900×750 mm；金屬網采用網孔尺寸為50×50 mm的菱形金屬網。3307工作面沿空留巷支護斷面圖如圖3所示。

圖3 沿空留巷支護斷面圖

3.2 待澆筑空間圍護設計

在巷旁支護澆筑C30柔模混凝土前，需采用圍護支架（圖4）為待澆空間提供良好的作業環境，同時，改善沿空留巷的圍巖應力分布。因此，圍護支架需滿足以下條件：

（1）滿足支護強度要求，加強切頂效果，支護強度1.2 MPa以上；

（2）能適用工作面軌道巷沿空留巷的擋矸要求，采空區行走，穩定性好；

（3）可以自行移動，與工作面支架不連接；

（4）可以機械化安裝柔模；

（5）滿足每天最大10 m的回采推進要求；

（6）滿足柔模混凝土沿空留巷的工藝要求；

（7）具備手動、電液和遙控控制功能。

圖4 維護支架整體效果圖

唐安煤礦3307工作面沿空留巷待澆筑空間圍護支架由兩組四架組成，兩架為一組。圍護支架位態是指圍護支架在某個時間處于的位置和狀態。生產班割第一刀煤后，采空區側支架首先前移擋矸，靠墻側支架原位不動。沿空留巷圍護支架主要技術參數見表1。

表1 沿空留巷圍護支架的主要技術參數

需要說明的是，巷旁支護采用的C30的柔模混凝土的澆筑工序處于圍護支架布置完成之后，柔模混凝土采用自下向上的澆筑順序，為避免澆筑大體積混凝土可能產生的裂縫問題，每次澆筑高度900 mm，最后一次澆筑高度為500 mm，每次澆筑長度11 m，上一層的混凝土需等下層混凝土終凝后進行澆筑，澆筑前對下層混凝土做剔層處理，增加分層之間的粘合度。

3.3 臨時加強支護設計

當沿空留巷經過復雜地質構造區或采動劇烈影響區時，可采用臨時加強支護保證沿空留巷的作業安全。考慮3307沿空留巷的實際情況，在3307沿空巷道采用一梁四柱進行臨時加強支護。3307工作面沿空留巷臨時加強支護設計斷面圖如圖5所示。

圖5 沿空留巷臨時加強支護斷面圖

4 圍巖位移觀測

為考察3307工作面沿空留巷支護效果，沿空巷道內距工作面每隔30 m布置圍巖位移測量儀,結果見6。

圖6 沿空留巷圍巖位移監測

由圖6可知，在3307工作面沿空留巷采用“錨桿+錨索+金屬網+柔模混凝土+錨栓”的綜合支護技術后，巷道圍巖位移得到有效控制，兩幫移近量和頂板下沉量最大值分別為35 mm和25 mm，圍巖位移量較小，均在可控范圍。

5 結論

（1）以唐安煤礦三盤區3307工作面需將軌道巷保留，作為臨近工作面的皮帶巷為工程背景，介紹了沿空留巷切頂卸壓技術，并對3307工作面沿空留巷預裂爆破卸壓參數進行了選取；

（2）闡述了錨桿（索）三大支護理論，提出在3307工作面沿空留巷采用“錨桿+錨索+金屬網+柔模混凝土+錨栓”的綜合支護技術，對待澆筑空間圍護和臨時加強支護進行了設計，監測了沿空留巷的圍巖位移量，結果表明，在3307工作面沿空留巷采用“錨桿+錨索+金屬網+柔模混凝土+錨栓”的綜合支護技術后，圍巖應力分布得到有效改善，圍巖位移量較小，處于可控范圍之內，保證了工作面巷道圍巖的頂板安全。