沿空留巷“卸壓+柔模支護”控制技術的應用

劉志軒

（山西蘭花科技創業股份有限公司大陽煤礦分公司，山西 晉城 048003）

沿空留巷作為一種創新型煤炭開采技術，在長壁回采工作面的布置中，取消區段煤柱，從而實現煤炭開采率的提升和巷道空間范圍的擴大[1-2]。現有的沿空留巷對圍巖維控技術的研究主要集中在巷道兩側的支護方面，但對頂板卸壓和后期維護的研究較少。大陽煤礦3306 工作面由于距離采空區較近，在采掘期間巷道受采動影響較大，尤其在堅硬類型的圍巖覆蓋條件下，巷道頂底板的控制面臨嚴峻的挑戰[3-4]。

1 概況

大陽煤礦3#煤層結構簡單，含有夾矸，硬度較大，煤層傾角在0°～15°之間，均厚5.59 m。目前開采的3306 工作面標高為+651～ +690 m。頂底板具體情況見表1。預計在工作面的回采過程中地面將產生一定裂隙，為保證最大塌陷度控制在1 m之內，根據沿空留巷最優跨高比額定計算，對運輸順槽留巷寬度取4.4 m。

表1 3306 工作面頂底板基本情況

2 沿空留巷圍巖結構穩定性分析

在進行沿空留巷布置時，不同煤層的賦存條件各不相同，不同因素對巷道圍巖的穩定性產生的影響程度也不盡相同[5]。如何針對各個因素進行重點處理，將直接影響到沿空留巷的最終效果。

采高、煤層厚度和巷道剛度協調關系是影響沿空留巷布置的關鍵因素。采高與煤層因素：當采高較大且直接頂較薄時，直接頂無法對采空區施加充分的能量，因此基本頂巖層的變形將會增加，對巷道兩側造成較高的壓力。巷道剛度協調關系因素：當與墻體接觸的頂底板巖層是非高強度巖體時，留巷的結構參數需要考慮跨高比、墻體的抗滑移能力等因素。

頂板、墻體和底板共同組成了巷旁的支撐系統，采場的來壓強度直接與基本頂層位的高度和直接頂的巖層厚度密切相關。巷道的圍巖環境直接決定了沿空留巷的設計方案，墻體與巷道的位置和尺寸的優化設計直接決定了其承載能力是否可以完全發揮。

3 沿空留巷

3306 工作面基本頂以細砂巖為主，較為堅硬，需采用預裂切縫強制爆破措施，切斷工作面頂板應力傳遞，減弱巷道頂板壓力，降低沿空巷道頂板懸臂梁上覆荷載以及旋轉變形壓力，減小巖梁傳遞到巷旁和巷內支護的荷載，從根本上改善巷道的力學環境。

3.1 沿空留巷的設計

3306 工作面運輸順槽留巷寬度為4.4 m，在一級頂板區巷旁支護寬度設置為1.5 m。工藝流程為：前期準備及安全檢查→頂板支護→拆除相鄰已澆模單體柱→底板清理→穿掛固定圓鋼、單體柱支設柔模→穿對拉錨栓、托板并上好螺帽→穿入瓦斯抽采管路→單體柱與柔模中下部支設木模板→安裝注料軟管→啟動砼泵開始注料→注料期間安全檢查→注滿漿后封口→拆管、清洗管路、整理現場。

3.2 沿空留巷的臨時頂板支護

沿空留巷的頂板支護主要涉及到專用擋矸架的臨時支護和單體柱的臨時支護。

（1）單體柱臨時支護

當采煤機割完機頭拉移過渡架后，在過渡架后方（柔模前）使用1.6 mπ 型梁配單體柱臨時支護（一梁兩柱），排距900 mm，如圖1。同時在橫跨柔模位置頂部使用“W”型鋼帶進行補強支護，防止頂板下沉、離層，使澆筑的柔模墻體能主動支護頂板。

圖1 3306 巷道斷面支護示意圖（mm）

（2）錨索網聯合支護

每次割機頭前，支護工在架前頂板鋪設雙層金屬網，待工作面采煤機退刀、移過端頭過渡架后，在頂網的保護下，在擋矸架前進行錨索加強支護，防止頂板下沉、離層。錨索規格Φ22 mm×8200 mm，間距1500 m，排距800 m，外露150～250 mm。

3.3 切頂卸壓技術

沿3306 運輸順槽走向肩角布一排平行鉆孔，距工作面煤幫0.2 m，炮孔長度15 m，炮孔直徑Ф48 mm，炮孔傾角β=75°（偏向3306 工作面），裝藥炮孔間距0.5 m，每眼裝藥量5 kg，如圖2。

圖2 3306 運輸順槽切頂爆破示意圖（m）

采用正向爆破，煤礦許用毫秒電雷管串聯起爆，試炮時不采用延時爆破，考慮到巷道頂板穩定性，單次最多起爆6 個炮孔。當爆破參數調整合適后，視炮孔變形情況，采用毫秒延時爆破，但總延時不超過130 ms。

3.4 柔模混凝土支護

在堅硬頂板條件下，需要保證充填體不受破壞，因此需改變頂板的結構位態，對巷旁圍巖進行控制。3306 工作面沿空留巷，采用柔模混凝土巷旁支護。柔模混凝土是一種特殊的復合材料，通過在柔性模板中填充混凝土制成。在實際案例中，柔模與混凝土將協同工作、優勢互補，克服了二者單獨使用時所出現的受力缺陷從而提高其承載能力。

柔模待澆筑空間支護形式為沿空留巷專用擋矸架臨時支護、單體柱臨時支護。每次采煤機割完機頭拉移過渡架后，在過渡架后方（柔模前）使用1.6 mπ 型梁配單體柱臨時支護（一梁兩柱），排距900 mm；注模時對π 型梁和單體柱進行回收；同時在橫跨柔模位置頂部使用“W”型鋼帶進行補強支護，防止頂板下沉、離層，使澆筑的柔模墻體能主動支護頂板，并用C40 混凝土進行澆筑。

3.5 留巷后支護

對運輸順槽留巷后，該段采用一梁五柱（4.2 mπ型梁）的方式加強支護，π 形梁沿巷道方向布置三路，單體柱每排3 根，排距為（900±100）mm，留巷后支護長度不小于300 m。所有單體柱必須成一直線，保證初撐力達標。

4 效果分析

3306 工作面運輸順槽實施“卸壓-柔模支護”雙重控制技術方案后，沿空留巷在維護全程中沒有發生明顯破壞。巷道在穩定后對頂底板和兩幫圍巖的位移情況進行了實測：頂板最大變形量≤0.51 m，底板位移量≤0.62 m，煤幫位移量≤0.35 m，滿足使用需求。

5 結語

沿空留巷是無煤柱開采的基礎技術，可以有效提高煤炭的采出率，但由于位處采空區邊緣，在服務期間容易受到堅硬頂板的長期來壓影響。通過預裂爆破可以超前對基本頂進行卸壓，加速頂板破斷運動并緩解留巷壓力。在分析了留巷圍巖結構特點之后，提出并實施了柔模混凝土巷旁支護方案，通過“卸壓+柔模支護”的雙重控制，大陽煤礦3306工作面運輸順槽圍巖位移情況得到了有效控制。