斜溝煤礦18503 材料巷巷幫充填沿空留巷支護技術(shù)應(yīng)用

白志兵

（山西西山晉興能源有限責(zé)任公司斜溝煤礦，山西 興縣 033602）

長期以來煤炭一直是我國的主體消費能源，如何提高煤礦回收率、延長礦井服務(wù)年限一直是國內(nèi)外相關(guān)專家聚焦的話題之一。在傳統(tǒng)采礦中，采區(qū)內(nèi)一般留設(shè)煤柱進行布置工作面，待工作面回采后，煤柱就遺留在采空區(qū)內(nèi)，由此造成了大量煤炭資源的浪費[1-2]。為此，相關(guān)專家學(xué)者大力提倡沿空留巷技術(shù)。沿空留巷是指將上工作面回采巷道采用一定的技術(shù)手段保留下來用作下工作面回采巷道使用，具有提高采區(qū)煤炭回收率、減少井下開拓工程量、緩解采掘接續(xù)緊張局面等優(yōu)點，目前已得到廣泛應(yīng)用[3-5]。

1 工程背景

斜溝煤礦18503 工作面位于15 采區(qū)，位于集中皮帶下山延長段北側(cè)，東、西兩側(cè)均為實煤區(qū)。工作面開采煤層厚1.20～5.90 m，平均3.76 m，傾角7.2°～11.6°，平均9.7°。煤層直接頂為泥巖，厚0～3.55 m，平均1.88 m，呈灰色或灰黑色，性脆易碎，可見植物化石，局部相變?yōu)樘抠|(zhì)泥巖，局部變薄或尖滅；基本頂為中粗粒砂巖，厚7.95～17.79 m，平均13.90 m，呈灰白色，成分以石英為主，泥質(zhì)膠結(jié)，厚層狀，巖層顆粒上細下粗，下部局部含礫；直接底為泥巖，厚度0～3.15 m，平均1.42 m，呈灰色或灰黑色，含植物根、莖化石，有時含砂質(zhì)或泥質(zhì)，厚度不穩(wěn)定，局部尖滅；基本底為細中粗粒砂巖，厚度1.05～24.36 m，平均10.17 m，灰白色，中厚層構(gòu)造，中粒結(jié)構(gòu)，成分以石英、長石為主，巖層上部局部相變?yōu)榉凵皫r或細砂巖，巖層下部較粗。18503 工作面材料巷布置在工作面的東側(cè)，與皮帶巷間距300 m，全長7151 m，斷面為矩形，巷道掘進寬5.0 m，高3.6 m。

2 巷幫充填沿空留巷支護技術(shù)與方案

為了提高采區(qū)內(nèi)煤炭回收率、緩解采掘接替緊張局面，采取支架后砌筑護巷墻體方式，將現(xiàn)18503 材料巷保留下來，用作下區(qū)段18505 工作面皮帶巷。

2.1 材料巷沿空留巷墻體布置方式

18503 材料巷采用巷幫充填方式進行采空區(qū)側(cè)幫護巷，充填體充分接頂，寬度根據(jù)采高確定。當(dāng)采高大于3.5 m 時，墻體充填寬度為3 m；采高小于3.5 m 時，墻體充填寬度為2.5 m。工作面機尾移四個循環(huán)充填一次，充填步距3.2 m。采空區(qū)側(cè)充填模板采用木模板，木模板厚度為50 mm，木模板不進行回收；靠巷道側(cè)充填模板采用鋼模板，充填體材料采用C30 混凝土。

2.2 18503 材料巷超前加強支護

（1）頂板超前支護

根據(jù)18503 材料巷頂板巖性特征和支護現(xiàn)狀，確定采用補打錨索進行頂板加強支護。頂板支護范圍內(nèi)每2 m 錨索為2 根，錨索為直徑21.6 mm、長度7.3 m 的鋼絞線。對支護失效的錨桿、錨索進行二次預(yù)緊或補打。

（2）巷幫超前支護

為了防止采動影響下巷道片幫，在材料巷上幫距底板1100 mm 往上補打兩排直徑21.6 mm、長度5.5 m 鋼絞線，錨索間排距1500 mm×1600 mm，錨索配套W 型鋼帶并掛設(shè)金屬網(wǎng)。

（3）底板超前支護

為防止底鼓現(xiàn)象的發(fā)生，保證巷道底板的平整，材料巷底板采用底錨桿加強支護。錨桿規(guī)格為直徑22 mm、長度2.2 m 的左旋高強錨桿，布置方式為七根花形，間排距為1200 mm×1100 mm，靠幫側(cè)2 根錨桿與底板成75°角斜向巷幫施工。

2.3 巷道支柱加強支護

采用木點柱和單體液壓支護進行加強支護。

2.3.1 木點柱支護

（1）充填墻體靠采空區(qū)一側(cè)距墻體250 mm 支設(shè)一排密集木點柱，柱距500 mm，木點柱直徑不小于180 mm。此排木點柱位于采空區(qū)內(nèi)，不進行回收。

（2）充填墻靠巷道距幫部1650 mm、3300 mm支設(shè)兩排木支柱，柱距1000 mm，木點柱直徑不小于200 mm。其中靠上幫一排木支柱永久支護。

（3）支設(shè)木支柱時木支柱必須戴帽。

2.3.2 單體支柱支護

（1）超前工作面100 m 范圍內(nèi)，采用單體支柱進行加強支護，共計支設(shè)3 排，分別靠巷道側(cè)距墻體250 mm、2475 mm、4050 mm，柱距800 mm。單體支柱型號為DZ-38，初撐力不小于90 kN。

（2）充填墻體養(yǎng)護時間28 d，抗壓強度達到28 MPa 后，單體支柱可回收循環(huán)向前支護。

（3）單體支柱支設(shè)時必須穿鞋戴帽。

圖1 沿空留巷支護斷面圖

2.4 安全事項

（1）采煤機正常割煤距機尾50 m 時，沿空留巷段必須掛警示牌，設(shè)好警戒線，嚴禁任何人員進入采空區(qū)段作業(yè)。

（2）正常推進兩個循環(huán)后，將采煤機停止在距機尾50 m 外，方可進行沿空留巷支護工作。

（3）沿空留巷作業(yè)時，必須執(zhí)行先支護后作業(yè)的原則。

（4）砌墻及支護作業(yè)時，嚴禁任何人員動工作面機尾段支架。

（5）待沿空留巷支護及砌墻作業(yè)完畢，經(jīng)驗收后，方可繼續(xù)組織生產(chǎn)。

3 圍巖控制效果分析

采用設(shè)計的沿空留巷支護技術(shù)與方案在18503工作面材料巷進行試驗，監(jiān)測了留巷巷道變形情況，如圖2 和圖3 給出了巷道圍巖累計變形和移近速度變形曲線。

如圖所示，根據(jù)巷道變形情況可分為四個區(qū)域：工作面超前支承應(yīng)力影響區(qū)、顯著變形區(qū)、緩慢變形區(qū)以及穩(wěn)定變形區(qū)。

超前支承應(yīng)力影響區(qū)位于超前工作面50 m 范圍內(nèi)，受采動影響，巷道開始出現(xiàn)變形。超前工作面20～50 m 范圍內(nèi)，圍巖變形速度較小，頂板下沉速度在2.0 mm/d 以下，底板變形速度在2.2 mm/d以下，兩幫移近速度在2.1 mm/d 以下；超前工作面在20 m 范圍內(nèi)，巷道變形速度快速增加，頂板下沉速度增加至3.0 mm/d 以上，底板變形速度增加至3.9 mm/d 以上，兩幫移近速度增加至7.4 mm/d 以上。超前工作面范圍內(nèi)巷道頂板累計下沉38 mm，底板累計變形42 mm，兩幫累計變形79 mm。

在滯后工作面范圍內(nèi)，巷道變形速度快速增加后，逐漸減小并趨于穩(wěn)定。滯后工作面60 m 內(nèi)屬于顯著變形區(qū)，在滯后工作面20 m 區(qū)域，巷道變形最為劇烈，該區(qū)域頂板下沉速度增加至5.5 mm/d 以上，底板變形速度增加至8.9 mm/d 以上，兩幫移近速度增加至12.5 mm/d 以上；滯后工作面60～120 m 范圍內(nèi)屬于緩慢變形區(qū)，該區(qū)域巷道受到的采動影響程度逐漸降低，圍巖變形速度大幅度降低；滯后工作面120 m 范圍外屬于穩(wěn)定變形區(qū)，圍巖變形速度接近0，此時，巷道頂板下沉量為125 mm，底板變形量178 mm，兩幫變形量為276 mm。

圖2 累計變形量曲線圖

圖3 移近速度曲線圖

4 結(jié)論

沿空留巷技術(shù)可提高采區(qū)煤炭回收率，緩解采掘接替緊張局面，為此，設(shè)計了斜溝煤礦18503 材料巷巷幫充填沿空留巷支護技術(shù)與方案，包括材料巷沿空留巷墻體布置方式、超前加強支護、巷道支柱加強支護以及安全注意事項。技術(shù)應(yīng)用后，監(jiān)測巷道變形情況，據(jù)此將巷道變形分為四個區(qū)域：工作面超前支承應(yīng)力影響區(qū)、顯著變形區(qū)、緩慢變形區(qū)以及穩(wěn)定變形區(qū)。總體看，巷道圍巖變形在允許范圍內(nèi)，表明該技術(shù)方案實現(xiàn)了沿空留巷巷道圍巖的穩(wěn)定控制。