田曉龍

（華陽(yáng)集團(tuán)新景公司，山西 陽(yáng)泉 045000）

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)的煤炭需求量和開(kāi)采強(qiáng)度逐年增加，賦存條件優(yōu)越的煤炭資源逐漸枯竭，為提高煤炭回收率，國(guó)內(nèi)采礦專(zhuān)家提出了無(wú)煤柱開(kāi)采技術(shù)。無(wú)煤柱開(kāi)采技術(shù)主要包括沿空掘巷和沿空留巷。其中沿空留巷是將上個(gè)工作面回采巷道保留下來(lái)用作下個(gè)工作面使用，由于可以少掘進(jìn)1條巷道，顯著降低下個(gè)工作面開(kāi)拓成本，緩解礦井采掘接續(xù)緊張局面，同時(shí)回收了區(qū)段煤柱，提高煤炭回收率，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。沿空留巷一側(cè)巷幫為采空區(qū)，目前一般采用巷旁充填的方式進(jìn)行支護(hù)，充填材料主要有柔膜混凝土、高水材料和井下矸石等[1-6]。新景礦3213第一輔助進(jìn)風(fēng)巷計(jì)劃采用巷旁充填沿空留巷的方式保留下來(lái)用作鄰近工作面回采巷道使用，以提高新景礦煤炭回收率、降低開(kāi)拓成本，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

1 工程背景

新景礦3213工作面位于525水平二采區(qū)南翼中部，平均埋深470 m，工作面北方向?yàn)椴蓞^(qū)巷道，南方向?yàn)楸Ｗo(hù)煤柱，東方向?yàn)?211采空區(qū)，西方向?yàn)?215工作面（未采），采掘工程平面如圖1所示。3215工作面開(kāi)采3#煤層，據(jù)地質(zhì)資料可知，工作面開(kāi)采區(qū)域煤厚1.62～2.88 m，平均2.5 m。3#煤層結(jié)果簡(jiǎn)單，屬中厚穩(wěn)定可采煤層，煤層傾角平均6°；煤層老頂為灰白色細(xì)粒砂巖，平均厚度4.61 m，局部沖蝕至下部巖層，與煤層接觸；直接頂為灰黑色砂質(zhì)泥巖，平均厚度1.25 m，局部受沖刷缺失；直接底為黑色泥巖，平均厚度1.6 m，巖性硬而脆。新景礦3213工作面布置四條巷道，三條進(jìn)風(fēng)巷一條回風(fēng)巷，形成三進(jìn)一回的通風(fēng)系統(tǒng)。根據(jù)工作面生產(chǎn)地質(zhì)條件，為提高煤炭回收率，降低巷道開(kāi)拓成本，計(jì)劃將第一輔助進(jìn)風(fēng)巷采用沿空留巷的方式保留下來(lái)用作下個(gè)工作面使用，試驗(yàn)巷道掘進(jìn)斷面為矩形，掘進(jìn)寬度4.3 m，掘進(jìn)高度2.7 m。

圖1 試驗(yàn)巷道采掘工程平面

2 巷旁充填沿空留巷支護(hù)技術(shù)

新景礦3213第一輔助進(jìn)風(fēng)巷采用沿空留巷支護(hù)技術(shù)，留巷前巷內(nèi)采用錨桿+錨索+鋼帶+金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，留巷后，巷旁采用柔膜混凝土墻支護(hù)，柔膜混凝土墻采用對(duì)拉錨栓+鋼帶+鋼筋網(wǎng)強(qiáng)化性能，同時(shí)采用錨索進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，采用單體支柱+π型梁進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)。

2.1 留巷前支護(hù)技術(shù)與參數(shù)

新景礦3213第一輔助進(jìn)風(fēng)巷留巷前采用錨桿+錨索+鋼帶+金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，具體支護(hù)參數(shù)如下：

（1）錨桿：頂錨桿為規(guī)格?20 mm×2 400 mm的高強(qiáng)錨桿；幫錨桿為規(guī)格?18 mm×1 800 mm的麻花錨桿；頂、幫錨桿均配MSK2335及MSZ2360型藥卷各1卷；頂錨桿間距780 mm，幫錨桿間距800 mm，排距均為850 mm，預(yù)緊扭矩均不低于300 N·m。

（2）錨索：錨索為規(guī)格?17.8 mm×7 200 mm的鋼絞線，間距2 340 mm，排距850 mm，每根錨索配1卷MSK2335型、2卷MSZ2360型 藥卷，預(yù)緊力不低于250 kN。

（3）頂板錨桿錨索呈排布置，每排布置4根錨桿、2根錨索，頂錨桿索采用長(zhǎng)度4 200 mm的W鋼帶成排連接，幫錨桿采用長(zhǎng)度1 300 mm的W鋼帶成排連接。

（4）金屬網(wǎng)：巷道頂部及兩幫均鋪設(shè)金屬網(wǎng)，頂網(wǎng)規(guī)格4.5 m×0.95 m，幫網(wǎng)規(guī)格2.5 m×0.95 m。

留巷前巷道支護(hù)如圖2所示。

圖2 留巷前巷道支護(hù)

2.2 充填沿空留巷支護(hù)技術(shù)與參數(shù)

新景礦3213第一輔助進(jìn)風(fēng)巷留巷后巷旁采用柔膜混凝土墻支護(hù)，柔膜混凝土墻采用對(duì)拉錨栓+鋼帶+鋼筋網(wǎng)強(qiáng)化性能，同時(shí)采用錨索進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，采用單體支柱+π型梁進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)，具體支護(hù)參數(shù)如下：

（1）柔膜混凝土墻：留巷后巷道寬度為4.5 m，柔膜混凝土墻采用寬1.2 m、高2.7 m、長(zhǎng)2.0 m的柔模支設(shè)，采用標(biāo)號(hào)C30混凝土筑墻，墻體厚度1.2 m，設(shè)計(jì)澆筑后的墻體強(qiáng)度不低于C30。柔膜混凝土墻采用對(duì)拉錨栓+鋼帶+鋼筋網(wǎng)強(qiáng)化性能，對(duì)拉錨栓采用?20 mm高強(qiáng)螺紋鋼制作而成，長(zhǎng)度1 300 mm，間距750 mm，排距1 000 mm，采用W鋼帶成排連接，預(yù)緊扭矩不低于150 N·m，表面鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)片，具體支護(hù)如圖3所示。

圖3 柔膜混凝土墻支護(hù)

（2）采用錨索進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，補(bǔ)強(qiáng)錨索布置兩排，一排布置在巷內(nèi)頂板，距混凝土墻0.3 m施工，另一排布置在采空區(qū)頂板，距混凝土墻0.2 m施工，錨索為規(guī)格?17.8 mm×7 200 mm的鋼絞線，排距850 mm，預(yù)緊力不低于250 kN。

（3）采用單體支柱+π型梁進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)，工作面前方30 m至后方100 m進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)，單體型號(hào)DW28，π型梁長(zhǎng)度4.0 m，棚距1.0 m。

留巷后巷道支護(hù)如圖4所示。留巷過(guò)程如圖5所示。

圖4 留巷后巷內(nèi)支護(hù)

圖5 留巷過(guò)程

3 沿空留巷試驗(yàn)應(yīng)用分析

將設(shè)計(jì)的巷旁充填沿空留巷支護(hù)技術(shù)在新景礦3213第一輔助進(jìn)風(fēng)巷進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)，同時(shí)，監(jiān)測(cè)了留巷過(guò)程中的圍巖變形，3213第一輔助進(jìn)風(fēng)巷留巷時(shí)期圍巖變形情況如圖6所示。

圖6中試驗(yàn)巷道留巷后其變形可分為三個(gè)階段：第一階段為緩慢變形階段，為工作面后方0～20 m范圍內(nèi)，該階段留巷主要受基本頂回轉(zhuǎn)下沉作用，巷道圍巖變形量相對(duì)較小，圍巖變形速度也相對(duì)較小，該階段頂?shù)装謇塾?jì)變形量69 mm，兩幫累計(jì)變形量28 mm，變形速度最大8.5 mm/d。第二階段為快速變形階段，為工作面后方20～60 m范圍內(nèi)，該階段基本頂回轉(zhuǎn)破斷，留巷主要受覆巖劇烈活動(dòng)影響，巷道圍巖變形量、變形速度急劇增加，該階段頂?shù)装謇塾?jì)變形量208 mm，兩幫累計(jì)變形量165 mm，變形速度最大22 mm/d。第三階段為緩慢變形—穩(wěn)定階段，為工作面后方60 m范圍外，該階段覆巖活動(dòng)基本穩(wěn)定，巷道變形速度大幅度降低，巷道圍巖逐漸穩(wěn)定；工作面后方100 m范圍外，巷道圍巖變形速度趨近于0 mm，巷道處于穩(wěn)定狀態(tài)，巷道穩(wěn)定后。以上三個(gè)階段頂?shù)装謇塾?jì)變形289 mm，兩幫累計(jì)變形206 mm，整體看巷道變形較小，均在可控范圍內(nèi)，表明巷旁充填沿空留巷支護(hù)技術(shù)的合理性和可靠性。

圖6 3213第一輔助進(jìn)風(fēng)巷圍巖變形情況

4 結(jié)語(yǔ)

為提高煤炭回收率、緩解礦井采掘接續(xù)緊張局面、降低巷道開(kāi)拓成本，基于新景礦3213工作面生產(chǎn)地質(zhì)條件，采用了巷旁充填沿空留巷支護(hù)技術(shù)。新景礦3213第一輔助進(jìn)風(fēng)巷采用沿空留巷支護(hù)技術(shù)，留巷前巷內(nèi)采用錨桿+錨索+鋼帶+金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，留巷后，巷旁采用柔膜混凝土墻+對(duì)拉錨栓+鋼帶+鋼筋支護(hù)，巷內(nèi)采用錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)、單體支柱+π型梁臨時(shí)支護(hù)。工業(yè)性試驗(yàn)結(jié)果顯示，留巷穩(wěn)定后，頂?shù)装謇塾?jì)變形289 mm，兩幫累計(jì)變形206 mm，整體看巷道變形較小，均在可控范圍內(nèi)，表明巷旁充填沿空留巷支護(hù)技術(shù)在新景礦是合理、可靠的。