綜采充填工作面沿空留巷支護技術研究

張經緯

（汾西礦業集團水峪煤業，山西 孝義 032300）

通過實行沿空留巷除了能起到減少掘進工作量的作用，從而減少掘進所需費用，還能從本質上緩解采掘過程中接續較為緊張的實際情況，此外還能增加實際采出率，使礦井能夠更長時間的服務，最終帶來更好的綜合效益[1]。但是需要注意，這項技術往往要受到二次采動因素的直接影響，產生很大礦壓，進而導致巷道圍巖出現不對稱的變形，有很大的支護難度。為保證沿空留巷的安全性與穩定性，有必要結合工程實際情況，對其支護技術進行深入分析探討。

1 工程概況

沿空留設巷道處在運輸巷南幫，這條巷道在留巷之后主要用作為北側的運輸巷，其南側是一個采空區。工作面煤層層厚保持在1.8～2.3 m 范圍內，平均煤厚為2.0 m，煤層的傾角保持在3°～8°范圍內，平均傾角為6°，該巷道的埋深為635.4 m 左右，該工作面范圍內地質條件相對簡單，煤層沒有明顯的起伏變化，是典型的單斜構造，但存在不規則的斷層。煤層的直接頂是層厚在10.2～11.5 m 范圍內的灰色細砂巖，中、上部斷層以角礫為主，中部可見煤紋，下部有直立裂隙存在，其表面不平；老頂是層厚在11.0～11.4 m 范圍內的灰白色粉砂巖，有少量黏土質包裹體存在，此外還含有部分植物化石；底板含有厚度在0.2～0.4 m范圍內的偽底，以黑色粉砂巖為主，同時富含很多植物根部化石；直接底是層厚在3.3～4.1 m 范圍內的灰白色細砂巖，交錯狀層理，下部還含有一層煤4 下分層，其厚度不超過0.3 m；老底是層厚在8.2～9.8 m 范圍內的灰白色細砂巖，舟狀交錯層理，在同層內存在小斷裂帶，以棱角狀角礫為主，充填物主要為石脈。

2 尺寸確定

若將支護措施確定為聯合使用原有的錨帶網和錨索托梁，則要在選取具體預留寬度的過程中要嚴格遵循下列各項基本原則：在切實滿足物料設備運輸與巷道通風以及作業人員通行等各項基本需求的前提下，巷道實際高寬均要合乎基本條件，通過小面積適當修整后符合條件亦可[2]；在巷道受到采動的動壓作用及影響后應仍能保持在完整的狀況下；錨索自身錨固性能必須合乎標準要求，以最大限度發揮出懸吊作用；將煤炭資源損失降至最低。考慮到所留巷道會在將來一段時間內為新工作面提供運輸巷道和回風巷道，所以要求巷道的凈斷面面積達到9 m2以上。此外，巷道在受到采動動壓持續作用與影響后難免出現一定程度的變形，在充分考慮這部分變形的基礎上，將巷道留設寬度確定為不小于3.5 m。

3 支護設計

為保證最終的支護效果，需要在支護施工開始前結合巷道具體情況做好支護設計，確定適宜的支護技術措施，為后續正式施工提供可靠的理論和技術指導。在確定錨索具備的功能前提下，掌握組合巖梁具備的機理，同時還要考慮以往相關工作經驗，在設計階段提出所用支護措施對應的各項技術參數[3]。通過之前的敘述可知，巷道實際寬度不能小于3.5 m，圍巖頂板借助原有的錨帶網實現支護，同時設置錨索托梁，單個鋼梁實際長度在3.5 m 左右，設置間距為1.8 m，具體設置位置為原有鋼帶之間。若鋼帶之間沒有設置鋼梁，則采用單根錨索進行支護，按三花形式布置，尺寸為Φ17.80 mm，選取星型托盤。在切頂線之前壘砌矸石袋，并與錨索鋼梁端頭完全緊貼，將矸石袋壘砌完成后，采用圓木作為臨時支護措施，同時還要對壘砌完成的矸石袋進行檢查，確認接頂是否達到嚴密，最后在與棚頭緊貼的部位設置單排支護，以此進一步加強整個支護體系。

4 施工方法

錨索托梁的施工需適當超前進行，每個托梁設置三根錨索，每根鋼梁的長度按照3.5 m 控制，以1.8 m的間隔距離在原巷道鋼帶支護之間進行設置，錨索尺寸為Φ17.8 mm，肩窩錨索和頂板之間的夾角按照70°控制，在設置中間錨索時應確保和頂板保持垂直。

待工作面切頂合乎要求后，即可著手壘砌矸石袋，此時采用2 m 左右的傾向寬度，而高度則以達到見頂見底要求嚴格控制，通常將每0.6 m 作為一個完整的循環，通過壓茬壘砌實現。對于砌矸墻，其位置為切頂排范圍內，為保證各地點的施工都能在穩定狀況下開展，應采用適宜的型鋼加以可靠支護，同時還要把其中一端完全插進穩定的部分。此外為防止老塘出現滾矸的情況，還要在支架上部設置菱形網進行可靠護頂。巷道填充支護如圖1 所示。

圖1 巷道填充支護

施工中采取以下加強支護措施：

1）將矸石袋壘砌完成后需要與單體支護結構完全貼緊，在矸石袋上部0.8 m 的位置按照2 m 的間隔距離設置一排直徑達到180 mm 及以上的原木，以此有效加強支護；在與下面切眼門口正對的矸石袋按照1 m 的間隔距離設置直徑達到180 mm 及以上的圓木，以此有效加強支護；

2）矸石袋的壘砌需嚴格按照從內到外和從下到上的順序進行，將矸石袋壘砌好，并設置好圓木以后，還要考慮設置好單個支護體系，用于加強頂梁部分的支撐，支柱所有手把體與卸載閥都在走向上朝向外部，在穿齊所有鐵鞋之后，還需拴上一條防倒繩，確保初始支撐作用力達到50 kN 及以上；

3）針對在后維護段落內布置的支柱，活柱一般不能小于200 mm，倘若發現有支柱發生失腳，則務必立即進行針對性整改，而一旦出現失效柱，則要將更換掉，且施工期間應遵循先支護再整改的基本原則[4]；

4）參照后維護壓力大小，若壓力顯示的十分明顯，則要增設雙排加強柱，也可在第一排的外側按照5 m 的間隔距離設置π 型鋼進行加強支護；如果依然無法對頂板進行有效控制，則可以考慮在錨索鋼棚上頭按照5 m 的間隔距離設置井字形木垛加以可靠支護，該木垛為1.2 m 長半圓木，在沒有特殊要求的情況下也可使用方木；在設置木垛的過程中，應先將底板上存在的浮煤浮矸全部清理干凈，使木垛做到見頂見底，最后在頂板使用木楔將頂板完全打牢。

5 支護效果

本次所用支護方法具有很好的懸吊性能，能從本質上控制好頂板的離層，使留巷的頂板變為組合式巖梁，進而有效管理巷道的頂板[5]。對采空區范圍內分布的留巷段落，可通過壘砌矸石袋實現加強支護，杜絕圍巖出現太大變形，而因為可能受到其它工作面采動造成的影響與作用，會使留巷出現異常情況，包括下沉和底鼓等，對此可通過人工臥底來滿足包含巷道內運輸和通風等在內的各項基本要求。

采用以上支護措施后，能顯著減少煤炭資源的損耗，當運輸巷的長度為250 m 時，通過對以上支護技術的應用，能多回收近0.46 萬t 的煤柱；此外還能大幅減少掘進量，伴隨工作面不斷推進，設置完成的留設巷道可以為后續其它工作面提供運輸巷，減少一條巷道實際掘進量，若留設巷道的長度為250 m，則能節省近25 萬元的費用。在社會效益方面，若矸石壘砌帶寬為2 m，高度為1.7 m，則采用以上支護技術措施后可消除0.13 萬t 的井下矸石，具有十分顯著的社會效益[6]。

6 結語

對于沿空留巷支護，錨索托梁支護實現了很大程度的改進，可從本質上改善頂板部分的完整性，達到預期懸吊的目標，形成符合預期的組合式巖梁結構，進而實現對頂板部分的有效控制；通過在適當位置壘砌矸石袋能有效增強支護，杜絕頂板下沉現象的發生，這對巷道的成型十分有利，杜絕變形等現象發生，有明顯的經濟效益和社會效益。以上結合綜采充填工作面實際情況，對其沿空留巷支護技術具體應用進行了初步分析與總結，旨在為其它類似綜采充填工作面沿空留巷支護施工提供可靠技術參考，保證最終的支護質量效果。