綜采工作面沿空掘巷支護技術探討

閆志杰

（西山煤電股份有限公司鎮城底礦 山西 太原 030203）

1 引言

長期以來，我國一直是以煤炭作為主要消費能源的國家，隨著國民經濟的快速發展，煤炭需求量和開采強度不斷增加，賦存較好的煤炭資源已逐漸開采殆盡[1-2]。近年來，國家大力提倡提高煤炭回收率的開采理念，而由于無煤柱護巷技術具有提高煤炭回收率、改變巷道圍巖環境等優點，已廣泛引用于我國大中小礦井，無煤柱護巷技術主要包括沿空掘巷和沿空留巷，沿空留巷是將鄰近工作面回采巷道保留下來用作本工作面使用，能最大程度的提高工作面煤炭回收率，缺點巷道易出現大變形現象，而沿空掘巷是在鄰近采空區留設較窄的煤柱新掘回采巷道，同樣提高了煤炭回收率，同時將回采巷道布置在應力降低區域，其圍巖維護環境相對較好[3-5]。

2 工程概況

西曲礦28306工作面位于北三盤區東南部，北鄰28405采空區，南鄰西983運輸大巷，西鄰28307采空區，工作面開采8#煤層，煤層厚度穩定，在3.90 m~4.20 m范圍，平均4.10 m，煤層結構1.98(0.15)1.97 m，煤層整體傾向西南，傾角1°~8°，平均4°，工作面采用后退式綜合機械化大采高一次性采全厚采煤方法。煤層基本頂為深灰色石灰巖，厚度3.06 m，致密塊狀堅硬，含方解石脈，下部含泥質，抗壓強度為102.74 MPa，普氏硬度系數10.56，偽頂為黑色炭質泥巖，厚度0.30 m~0.90 m，疏松易碎，碎后呈磷片狀，抗壓強度為26.58 MPa，普氏硬度系數3.73，老底為灰褐色粗粒砂巖m，以石英為主，含較多炭質碎屑，泥質膠結較硬，層理不明顯，分選差，抗壓強度為72.91 MPa，普氏硬度系數7.40。為提高工作面煤炭回收率，改善巷道圍巖維護環境，西曲礦28306工作面采用沿空掘巷技術，工作面北鄰28405采空區已采動穩定為沿空掘巷提供了良好的掘巷時機，試驗巷道掘進寬度4 500 mm，掘進高度3 500 mm。

3 運輸巷沿空掘巷支護技術

（1）沿空掘巷原理

鄰近工作面回采后，采空區上覆巖層冒落下沉，基本頂巖層形成“O—X”破斷，隨著工作面的不斷推移，基本頂周期性破斷，破斷后的巖層在走向方向形成砌體梁結構，在工作面端頭形成弧形三角塊結構，基本頂巖層一般在實煤體上方出現破斷、回轉下沉，從而形成弧形三角塊結構，該結構在實煤體內形成應力降低區，將沿空巷道布置在該區域范圍，可有效改善巷道圍巖應力環境[5]，如圖1和圖2所示。

根據沿空掘巷相關公式計算留設煤柱寬度為4.46 m~5.89 m。基于現場具體生產地質條件和鄰近巷道試驗情況，確定西曲礦28306工作面運輸巷沿28405采空區留設5.0 m寬的煤柱進行掘巷。

（2）支護參數的設計。

①頂板采用金屬錨桿+金屬網+錨索聯合支護，錨桿采用規格?20×2 000 mm的左旋螺紋鋼高強錨桿，間排距1 000×1 000 mm，頂板采用規格?17.8 mm×7 300 mm的鋼絞線進行加強支護，錨索間排距為2 000×2 000 mm，錨索偏向煤柱幫，最左側錨索距煤柱幫750 mm，金屬網采用?3.3 mm鋼絲編制而成的菱形金屬網，規格4 700×1 200 mm。

②實體煤幫采用金屬錨桿+金屬網支護，錨桿采用規格?20×2 000 mm的左旋螺紋鋼高強錨桿，間排距900×1 000 mm，金屬網采用?3.3 mm鋼絲編制而成的菱形金屬網，規格3 500×1 200 mm。

③煤柱幫采用錨桿+塑料網支護，錨桿采用規格?20×2 000 mm玻璃鋼錨桿，間排距900×1 000 mm，塑料網用HBPP30-30MS塑料網，規格3 500×1 200 mm。

圖3 巷道支護斷面圖

4 圍巖控制效果分析

將沿空掘巷支護技術應用于西曲礦28306工作面運輸巷，現場采用十字測試法進行巷道圍巖移近監測，根據現場實測，得出如下結論：

（1）掘進階段

28306工作面運輸巷巷道變形主要發生在巷道初掘64 d內，該階段頂板累計下沉量約92 mm，下沉速度1.43 mm/d，底鼓累計106 mm，變形速度1.65 mm/d，實煤體幫累計變形70 mm，變形速度1.1 mm/d，煤柱幫累計變形77 mm，變形速度1.21 mm/d；巷道掘出64 d~88 d內，巷道變形速度逐漸降低，該階段頂板累計下沉量約9 mm，下沉速度0.37 mm/d，底鼓累計12 mm，變形速度0.51 mm/d，實煤體幫累計變形7 mm，變形速度0.29 mm/d，煤柱幫累計變形7 mm，變形速度0.29 mm/d；巷道掘出88 d后，巷道圍巖變形趨于穩定，圍巖變形速度均小于0.2 mm/d，此時，頂板累計下沉量約103 mm，底鼓累計118 mm，實煤體幫累計變形77 mm，煤柱幫累計變形86 mm。綜上所述，巷道底鼓量相對較大，煤柱幫變形略大于實煤體幫，整體來看，巷道圍巖表明變形均較小，現場并未出現大的變形和事故（如圖4）。

圖4 巷道圍巖表面移近曲線

（2）回采階段

回采期間，28306工作面運輸巷圍巖變形主要原因是受到工作面超前支撐應力的影響，結合以往經驗及現場實測，28306工作面周期來壓步距約為15 m，超前支撐壓力峰值位于工作面煤壁前15 m~17 m位置，影響范圍約為50 m。根據現場實測，頂板累計下沉量為15 mm，底鼓累計量50 mm，實煤體幫累計變形40 mm，煤柱幫累計變形25 mm。綜上，回采階段巷道底鼓量相對較大，頂板輕微有輕微下沉，實煤體幫變形略大于煤柱幫，巷道圍巖變形在可控范圍內，對工作面推進影響有限。

5 結論

鄰近工作面回采后，待采空區穩定，通過留設一定寬煤柱進行沿空掘巷，將巷道布置在合理的范圍內，可有效改善巷道圍巖應力環境，為此，依據西曲礦28306工作面現場具體生產地質條件和鄰近巷道試驗情況，確定西曲礦28306工作面運輸巷沿28405采空區留設5.0 m寬的煤柱進行掘巷，同時確定了支護參數，現場應用后，實現了28306工作面運輸巷的穩定控制和28306工作面的高效安全生產。