一種煤礦沿空留巷的新型支護方案

李夏敏

（山西潞安環能上莊煤業有限公司）

傳統綜采技術方案中，為了確保綜采作業的穩定性，在綜采作業過程中通常會預留支護煤柱，保證巷道在綜采擾動和礦壓波動下的穩定性，但是預留煤柱會導致井下回采率降低。沿空留巷綜采作業方案由于可以減少預留煤柱，綜采效率和煤炭回采率均比較高，因此得到了廣泛的應用。

在綜采作業過程中，由于受到綜采擾動的影響，導致頂板的不斷下沉，特別是在礦壓波動下，會對巷道兩旁的支護體產生巨大的壓力。此時，為了確保支護體的穩定性，要求支護體具有一定的可壓縮性，從而在達到支護平衡時，能在一定范圍內適應巷道頂板巖體的變形，減少頂板在劇烈波動下的下沉量。結合此實際需求，提出了一種新的沿空留巷支護方案，該方案采用一種全新的墩柱支護結構，外側為鋼管套接，內部充填砂石和水，能夠根據壓力的不同調節支護高度，維持支護平衡性，整體結構簡單、可靠性好。

1 墩柱結構性能

井下巷道圍巖受采動的影響會產生旋轉下沉，特別是在后期階段，頂板碎裂和下沉最為劇烈，因此為了保證巷道圍巖的穩定性，就需要巷旁填充體能夠提供足夠的支撐力來抵抗外界應力作用，同時支護結構還需要具有一定的可壓縮性，減少沿空留巷頂板的下沉量［1］。

結合井下巷道對支護結構的需求，本研究所提出的墩柱支護結構如圖1所示，在墩柱的外側設置有嵌套式的無縫鋼管，長度均為2 000 mm，鋼管和墩柱主體間的搭接長度不小于500 mm，為了保證墩柱的穩定性，在墩柱內部設置有混合的砂石，其中沙子、石子、石灰的比例按1∶1.2∶0.8，由上進料口加入充填材料。為了便于井下充填操作，在墩柱的外側設置了8 組吊鉤，便于轉運［2］，口槽主要用于排水，擋板用于防止碎石進行到口槽內，加強筋主要用于加強結構，支撐體用于保持結構的穩定性，泄壓孔用于保證墩柱內壓力的穩定性，支護板為卸壓孔提供保護。

由墩柱的實際結構可知，由于內部是充滿了散料石材，因此當在力的作用下會向下移動，散料的密度會加大，在內部的混合水會被擠壓出來，墩柱整體的有效應力增加，其彈性模量逐漸加大。隨著受力的繼續進行，散料被壓實，抗壓強度逐漸增大。如果外界的壓力進一步增加，則鋼管的外側會逐漸變形，墩柱的承載能力會慢慢降低，直到達到最大破壞強度后，墩柱會突然垮塌。

2 井下墩柱支護方案

為了保證井下墩柱設置的穩定性，井下墩柱施工時需要按照打墩柱、砂石混合以及墩柱加強3個步驟進行，從而確保井下巷道圍巖支護的穩定性。

打墩柱是指將墩柱固定在井下指定位置，在井下綜采作業過程中，墩柱之間的距離設置為13 m，墩柱在設置時需要緊靠著槽鋼的非側邊進行固定，由兩個作業人員相互配合，先套接上下2 個套筒，然后對其進行扶正，為了提升扶正的效率和精度，可以采用小型起吊設備掛住套筒的掛鉤處，逐步將其固定到槽鋼上，避免在設置過程中墩柱的傾倒。當墩柱豎立完成后在井下兩側的支撐座上設置液壓點柱并對其固定，在固定過程中不得進行強力推進，避免破壞墩柱上的支撐結構［3］。

當墩柱豎立完成后，需要通過轉運小車向著墩柱桶內加入到砂石混合料，為了保證混合料的可靠性，砂、石、生石灰的比例按照1∶1.5∶0.6，混合料的注入高度需要和注料孔齊平，混合料上側加入噴射混凝土，其水泥、沙子和小石子的配合比例按1∶2∶1。為了確保混合料快速凝結，在混合料內同步增加了速凝劑，速凝劑的量不超過水泥量的2%，在攪拌時需要混合均勻，滿足快速凝結的實際需求。

在注漿完成后，需要對墩柱進行加強，用金屬網和墩柱上原有的鋼筋連在一起，然后將金屬網的另一側固定到側幫的吊鉤上，確保防護的全面性，避免落石從墩柱處掉落對墩柱造成沖擊；對采空區進行噴漿作業［4-5］，噴漿的厚度以能夠完全將裸露的鋼筋覆蓋為準，井下墩柱支護效果如圖2所示。

3 墩柱支護效果分析

為了對該新型支護方案的實際應用效果進行分析，在井下巷道內設置3 個監測站，對開采過程中沿空留巷的變形進行監測，其監測結果如圖3所示。

由圖3（a）可知，井下巷道頂底板的平均移近量約為321.7 mm，比墩柱應用前的1 363.1 mm 降低了76.4%，巷道兩幫的平均移近量約為290 mm，比墩柱應用前的857.9 mm降低了約66.2%，顯著提升了井下巷道支護的穩定性和可靠性。同時在整個開采過程中墩柱的最大下沉量約為244 mm，具有一定的可壓縮性，提升了在礦壓波動下的穩定性。

4 結論

（1）為了保證巷道圍巖的穩定性，就需要巷旁填充體能夠提供足夠的支撐力來抵抗外界應力作用，同時支護結構還需要具有一定的可壓縮性，減少沿空留巷頂板的下沉量。

（2）在井下墩柱施工時需要按照打墩柱、砂石混合以及墩柱加強3個步驟進行，從而確保井下巷道圍巖支護的穩定性。

（3）該新型支護方案能夠將巷道頂板的最大變形量降低76.4%，將巷道兩幫變形量降低66.2%，在整個開采過程中墩柱的最大下沉量約為244 mm，為提升煤礦井下支護安全性奠定了基礎。