何志龍

（永貴能源開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司，貴州 貴陽(yáng) 550000）

0 引 言

沿空留巷技術(shù)主要是工作面在推進(jìn)過(guò)程中，利用巷旁充填等方法沿上區(qū)段采空區(qū)邊緣維護(hù)保留原回采巷道，從而可以繼續(xù)為下區(qū)段回采工作面服務(wù)。相對(duì)于傳統(tǒng)留設(shè)區(qū)段煤柱開(kāi)采方式而言，沿空留巷無(wú)煤柱開(kāi)采技術(shù)具有節(jié)約資源、減少巷道掘進(jìn)率、緩解采掘接替緊張、消除遺留煤柱造成的應(yīng)力集中問(wèn)題等優(yōu)點(diǎn)。因此，沿空留巷技術(shù)在我國(guó)煤礦中的應(yīng)用日益增加，也使得該技術(shù)愈加完善。目前應(yīng)用較為廣泛的沿空留巷技術(shù)主要有兩種，一種是巷旁充填，另一種為切頂卸壓。關(guān)于上述兩種技術(shù)，許多學(xué)者開(kāi)展了不少相關(guān)研究，朱珍等[1]基于切頂卸壓沿空留巷無(wú)煤柱開(kāi)采原理，研究了切頂卸壓沿空留巷碎石巷幫形成機(jī)理與采空區(qū)矸石運(yùn)動(dòng)特征，并據(jù)此提出了相應(yīng)的支護(hù)技術(shù)；張子非[2]、楊學(xué)春[3]對(duì)采煤工作面柔?；炷裂乜樟粝镏ёo(hù)及穩(wěn)定性進(jìn)行了研究；司曉鵬等[4]針對(duì)煤層厚、頂板硬的復(fù)雜條件，采用理論分析與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)等方法研究了定向爆破預(yù)裂和柔?；炷嗤良夹g(shù)在該條件下的運(yùn)用。對(duì)于切頂卸壓沿空留巷關(guān)鍵參數(shù)（切頂高度、角度與預(yù)裂爆破鉆孔間距） 與沿空留巷巷旁支護(hù)系統(tǒng)也有學(xué)者進(jìn)行研究[5-6]。

盡管沿空留巷無(wú)煤柱開(kāi)采技術(shù)在研究者們努力下日益完善，但我國(guó)煤礦地質(zhì)情況復(fù)雜，特別是在西南地區(qū)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況開(kāi)展相應(yīng)的沿空留巷圍巖控制技術(shù)。因此，本文在前人研究的基礎(chǔ)上，以貴州新田煤礦1902 工作面為工程背景，運(yùn)用理論分析與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)等方法對(duì)該條件下的沿空留巷圍巖控制技術(shù)進(jìn)行研究，研究成果可為該工作面安全高效開(kāi)采提供指導(dǎo)與類(lèi)似礦井提供一定借鑒意義。

1 1902 工作面概況

新田煤礦主采煤層為4 號(hào)煤和9 號(hào)煤，4 號(hào)煤平均厚度2.79 m，9 號(hào)煤平均厚度3.5 m。1902 綜采工作面為新田煤礦一采區(qū)9 號(hào)煤層第二個(gè)工作面，傾向長(zhǎng)壁式布置，其頂?shù)装鍘r性情況見(jiàn)表1。

表1 1902 工作面頂?shù)装鍘r性Table 1 Roof and floor lithology of No.1902 Face

1902 工作面運(yùn)輸巷設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為606 m，斷面為矩形斷面，巷道設(shè)計(jì)凈寬度為5.5 m，設(shè)計(jì)凈高度為3.5 m，斷面積為18.15 m2。巷道原支護(hù)方式中，頂板采用“高強(qiáng)錨桿+鋼筋網(wǎng)+W 鋼帶+錨索”聯(lián)合支護(hù)，錨桿間排距為800 mm×800 mm。錨索規(guī)格為φ21.8 mm×8 200 mm，錨索施工間排距為1 600 mm×1 600 mm。巷幫采用“高強(qiáng)錨桿（或全螺紋錨桿） + 鋼筋網(wǎng)”，間排距為800 mm×800 mm，呈矩形布置。具體如圖1 所示。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，對(duì)1902 運(yùn)輸巷需進(jìn)行超前預(yù)裂爆破切頂及巷道圍巖控制技術(shù)。其中巷道圍巖采取分段控制，對(duì)比研究了同巷道支護(hù)方案的現(xiàn)場(chǎng)效果。

2 超前預(yù)裂爆破切頂

2.1 爆破孔設(shè)計(jì)

（1） 爆破孔位置。在1902 運(yùn)輸巷（切眼至停采線范圍內(nèi)） 頂板回采側(cè)布置一列爆破孔，孔口位置距中線2.55 m（距回采側(cè)幫部200 mm）。

（2） 爆破孔參數(shù)?？讖?8 mm，孔深16 m 與2.5 m 交叉相結(jié)合，孔口間距250 mm，允許偏差±100 mm，爆破孔與巷道中線垂直，向回采側(cè)偏15°。（228～570 m 后改孔間距300 mm，孔深11 m 為向回采側(cè)偏8°）。

（3） 鉆孔機(jī)具。CMM2-8 煤礦用液壓錨桿鉆車(chē)（DCA-45 自動(dòng)成巷超前切縫鉆機(jī)）。

（4） 爆破孔爆破距離超前工作面煤墻不小于50 m。

2.2 爆破施工

（1） 裝藥方式。使用聚能管輔助進(jìn)行裝藥，聚能管管壁聚能孔方向與巷道中線方向平行。

（2） 施工工藝。頂板鉆孔施工—檢查孔口附近瓦斯—炸藥、雷管、水炮泥裝入聚能管中（雷管串聯(lián)） —聚能管送入炮孔—炮泥封孔—相鄰炮孔連線—母線連接—檢查孔口附近瓦斯—撤人—警戒—起爆—檢查爆破地點(diǎn)附近瓦斯—清理現(xiàn)場(chǎng)—進(jìn)入下一循環(huán)。

（3） 每循環(huán)爆破眼數(shù)不大于20 個(gè)。228～570 m 后改為每循環(huán)爆破眼數(shù)不大于10 個(gè)。1902 運(yùn)輸巷切頂眼爆破裝藥布置如圖2 所示。

3 巷道支護(hù)設(shè)計(jì)

3.1 頂板錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)

留巷補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)緊跟頂板預(yù)裂切縫，在預(yù)裂爆破后施工頂幫補(bǔ)強(qiáng)錨索，提升頂板的整體強(qiáng)度和穩(wěn)定性，減少頂板下沉。

（1） 架U 型鋼棚段（0～228 m） 鋼梁錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。

①在工作面超前段頂板平行巷道中線方向補(bǔ)打2 排29U 鋼梁錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，目的是切頂鎖口和固繩上網(wǎng)、卡擋矸柱，29U 鋼梁長(zhǎng)度2 700 mm，距回采幫500 mm，鋼梁錨索間距500 mm，錨索長(zhǎng)度10 300 mm，錨索間距1 200 mm，梁搭接150 mm；②留巷超前段，巷道頂板邁步施工2 排錨索梁補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，槽鋼長(zhǎng)度2 000 mm，間排距1 600 mm×1 600 mm，錨索長(zhǎng)度8 200 mm。具體如圖3 所示。

圖3 1902 運(yùn)輸巷鋼梁錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)斷面（0～228 m）Fig.3 Steel beam anchor cable reinforcement support section of No.1902 transportation roadway(0～228 m)

（2） 澆筑柔膜袋段（228～570 m） 鋼梁錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。

頂板補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)：在工作面超前段頂板平行巷道中線方向補(bǔ)打1 排29U 鋼梁錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，目的是切頂鎖口和固繩上網(wǎng)，29U 鋼梁長(zhǎng)度2 700 mm，距回采幫500 mm，錨索長(zhǎng)度10 300 mm，錨索間距1 200 mm，梁搭接150 mm，如圖4 所示。

圖4 1902 運(yùn)輸巷鋼梁錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)斷面（228～570 m）Fig.4 Steel beam anchor cable reinforcement support section of No.1902 transportation roadway(228～570 m)

鋼梁錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)施工超前轉(zhuǎn)載機(jī)頭不低于30 m。

3.2 巷旁支護(hù)體

巷旁支護(hù)體應(yīng)具有早期強(qiáng)度高、增阻速度快的力學(xué)特性，緊隨工作面構(gòu)筑，及時(shí)支護(hù)直接頂，控制巷道圍巖變形。巷道圍巖運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定后，巷旁支護(hù)體具有的支護(hù)阻力為后期支護(hù)阻力，其大小應(yīng)能夠維持巷道上方已切斷巖層的平衡，同時(shí)將巷道頂板下沉量控制在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。

3.2.1 架U 型鋼棚段（0～228 m） 巷旁支護(hù)

U 型鋼棚支護(hù)緊貼支架后方施工，滯后支架不超過(guò)0.5 m，防止采空區(qū)矸石竄入巷道。

（1） 1902 工作面第1～5 號(hào)液壓支架上方掛雙層菱形鐵絲網(wǎng)，要求菱形網(wǎng)頂部向巷道內(nèi)外露1 200 mm 與巷道內(nèi)原頂板支護(hù)網(wǎng)片相連，搭接長(zhǎng)度不低于200 mm。架前相鄰網(wǎng)片搭接長(zhǎng)度不小于200 mm，并用14 號(hào)雙股鐵絲將兩層網(wǎng)搭接處連接在一起，間距不超過(guò)200 mm。

（2） ①垂直巷道中線方向，在1～5 號(hào)液壓支架架前每隔600 mm 上1 根鋼絲繩，鋼絲繩用14號(hào)鐵絲固定在菱形網(wǎng)上，另一端固定在巷道頂板施工的29U 鋼梁上（鋼梁提前打孔）；②平行巷道中線方向，在工作面1～5 號(hào)支架鋪設(shè)11 道鋼絲繩，第一排距回采側(cè)煤墻300 mm，1～3 號(hào)支架鋼絲繩間距500 mm，4～5 號(hào)支架鋼絲繩間距1 000 mm，鋼絲繩十字交叉處用繩卡進(jìn)行固定。續(xù)接鋼絲繩時(shí)，鋼絲繩搭接長(zhǎng)度不得小于500 mm，使用不少于2 個(gè)繩卡進(jìn)行固定。

（3） 擋矸柱（36U 鋼腿） 頂部與29U 鋼梁（距回采幫1 000 m） 搭接，底部貼回采幫埋入底板200 mm，在擋矸柱（36U 鋼腿） 里側(cè)鋪設(shè)雙層土木格柵+風(fēng)筒布或阻燃布+菱形鐵絲網(wǎng)，頂部向巷道內(nèi)外露300 mm 與巷道內(nèi)原頂板支護(hù)網(wǎng)片相連，底部接底，漏出不少于300 mm。使用14 號(hào)鐵絲將雙層土木格柵、風(fēng)筒布、菱形鐵絲網(wǎng)固定在擋矸柱上，綁扎點(diǎn)間距不大于500 mm，36U 鋼腿柱間距為800 mm（29U 鋼腿柱間距為600 mm)，要求擋矸柱（36U 鋼腿） 上方必須壓住風(fēng)筒布和土木格柵。

（4） 在擋矸柱卡纜連接部位分別增加一組連接板，將相鄰的U 型鋼連接起來(lái)，使擋矸柱形成一個(gè)整體。

圖5 1902 運(yùn)輸巷擋矸防護(hù)斷面圖（0 ～228 m）Fig.5 Gangue protection section of No.1902 transportation roadway(0～228 m)

3.2.2 筑柔模袋巷旁支護(hù)（228～570 m）

（1） 1 號(hào)架前移后，離柔?；炷嗤林蛔?.4 m 時(shí)，及時(shí)在隔離墻位置施工2～3 根木點(diǎn)柱支撐頂板，木點(diǎn)柱間距800 mm（視現(xiàn)場(chǎng)情況而定，當(dāng)頂板壓力大時(shí)可選擇用3.5 m 單體柱支護(hù)）。

（2） 1 號(hào)架離柔模袋位置長(zhǎng)度超過(guò)2.4 m 時(shí)，必須及時(shí)施工柔?；炷林?。柔?；炷链硬捎脤?duì)拉錨桿+ 鋼筋網(wǎng)進(jìn)行加固，對(duì)拉錨桿規(guī)格為φ20 mm×1 400 mm，間排距為600 mm×600 mm，鋼筋網(wǎng)規(guī)格為1 000 mm×2 000 mm，搭接寬度100 mm，綁扎間距200 mm（對(duì)角綁扎）。充填前進(jìn)行對(duì)拉錨桿+鋼筋網(wǎng)安裝，同時(shí)對(duì)應(yīng)擋矸木點(diǎn)柱平行距離1 200 mm 處打設(shè)一排3.5 m 單體柱對(duì)柔模袋進(jìn)行形態(tài)控制。柔模袋采用帶壓充填，充填后壓力不小2 MPa。

（3） 巷內(nèi)柔模混凝土袋充填，充填寬度1.2 m，充填高度3.5 m，長(zhǎng)度為2.4 m，充填后柔?；炷嗤林纬梢坏莱涮钪鶋Α?/p>

（4） 柔模袋及對(duì)拉錨桿安裝完成后，啟動(dòng)遠(yuǎn)距離輸送泵注入混凝土。前一個(gè)柔?；炷林畛渫瓿桑o接著支筑下一個(gè)柔模袋，如此循環(huán)。

（5） 每隔20 m 在2 個(gè)柔模袋之前留夠瓦斯抽放管預(yù)埋空隙，瓦斯抽采孔留設(shè)的方法是在2 個(gè)柔模混凝土柱間上方預(yù)埋直徑200 mm 瓦斯抽放篩孔管，預(yù)埋長(zhǎng)度500 mm，篩孔管外露墻體550 mm，抽放篩孔管間距為20 m。并用封堵材料（水泥等）封堵嚴(yán)實(shí)，防止瓦斯泄露。

（6） 柔?；炷嗤翂w基腳必須挖到實(shí)底，墻體要平直接頂。

圖6 1902 運(yùn)輸巷擋矸防護(hù)斷面圖（228～570 m）Fig.6 Gangue protection section of No.1902 transportation roadway(228～570m)

4 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)

采用十字布點(diǎn)法對(duì)巷道表面位移進(jìn)行觀測(cè)，可得不同支護(hù)方式下巷道圍巖變形情況。通過(guò)觀測(cè)可得1902 沿空留巷頂板、兩幫數(shù)據(jù)，見(jiàn)表2。

表2 1902 沿空留巷不同巷旁支護(hù)頂板、兩幫變形統(tǒng)計(jì)Table 2 Deformation statistics of different roadside support roof and two sides in No.1902 gob-side entry retaining

由表2 可知，沿空留巷30～228 m 架U 型鋼棚段巷道高度平均降低1.38 m，巷道寬度平均收斂2.17 m；沿空留巷228～570 m 澆筑混凝土柔膜袋段巷道高度平均降低0.64 m，巷道寬度平均收斂0.80 m。

由此可知，混凝土柔膜袋段頂?shù)装逡平亢蛢蓭鸵平钚?，分別比架U 型鋼棚段頂?shù)装逡平繙p小了0.74 m 和1.37 m?；炷寥崮ごёo(hù)效果優(yōu)于架U 型鋼棚巷旁支護(hù)方案。柔膜袋墻留巷方式對(duì)頂板的支撐力大且使頂板受力均勻，支護(hù)效果較好。

5 結(jié) 語(yǔ)

針對(duì)新田煤礦1902 沿空留巷實(shí)際地質(zhì)情況，提出了超前預(yù)裂爆破切頂+頂板錨索補(bǔ)強(qiáng)圍巖控制技術(shù)，并分段應(yīng)用了不同巷旁支護(hù)方案。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，澆筑混凝土柔膜袋段巷道高度平均降低0.64 m，巷道寬度平均收斂0.80 m，相對(duì)于架U 型鋼棚巷旁支護(hù)方案分別減小0.74 m 和1.37 m，混凝土柔膜袋支護(hù)效果優(yōu)于架U 型鋼棚巷旁支護(hù)方案。