綜放開采沿空留巷圍巖控制技術(shù)研究

崔浩東

（長(zhǎng)治三元中能煤業(yè)有限公司，山西 長(zhǎng)治 046600）

沿空留巷可降低巷道掘進(jìn)工程量及掘進(jìn)成本，提高采掘比，并在一定程度上緩解礦井采掘接替緊張局面[1-3]。高強(qiáng)高延伸錨桿、錨索等主動(dòng)支護(hù)技術(shù)的發(fā)展，為沿空留巷圍巖控制提供了有效支撐[4-5]。以三元煤礦4305 綜放工作面為工程背景，對(duì)沿空留巷巷道采空區(qū)側(cè)圍巖控制技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)闡述，以期能為其他礦井沿空留巷工作開展提供一定指導(dǎo)。

1 工程概況

4305 綜放工作面位于4 采區(qū)，采面走向推進(jìn)長(zhǎng)度970～1020 m，斜長(zhǎng)150 m。主采的3 號(hào)煤層厚度平均7.06 m（采高2.6 m，放煤4.46 m，采放比1:1.72），賦存穩(wěn)定，傾角在10°～13°，頂?shù)装鍘r性以泥巖、砂質(zhì)泥巖為主。采面北側(cè)為已回采完畢的4303 采面采空區(qū)，南側(cè)為4307 采面（未開采），西側(cè)為斷層保護(hù)煤柱，東側(cè)為采區(qū)巷道保護(hù)煤柱。具體采面位置關(guān)系如圖1。

為了緩解采面采掘接替緊張局面，減少厚煤層煤柱損失量，決定在4305 綜放工作面進(jìn)行沿空留巷工作，作為后續(xù)的4307 綜采工作面回風(fēng)巷。

2 沿空留巷圍巖控制技術(shù)

沿空留巷圍巖控制技術(shù)關(guān)鍵是確保巷道采空區(qū)側(cè)圍巖穩(wěn)定[6]。4305 綜放工作面回風(fēng)巷寬×高=4.5 m×2.8 m。圍巖控制采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)，巷幫采用高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力錨桿+鋼筋梯+鋼筋網(wǎng)，頂板采用錨索+高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力錨桿+鋼筋梯+鋼筋網(wǎng)，待4305 采面回采推進(jìn)8 m 開始進(jìn)行留巷工作。

2.1 采空區(qū)巷幫擋矸支護(hù)

4305 沿空留巷擋矸支護(hù)緊貼采面綜放支架施工，滯后綜放支架距離在0.5 m 以內(nèi)。擋矸支護(hù)采用擋矸柱+塑料網(wǎng)+風(fēng)筒布+金屬網(wǎng)，具體布置形式如圖2。

圖2 采空區(qū)巷幫擋矸支護(hù)示意圖

（1）采用2 根11 號(hào)工字鋼（長(zhǎng)2300 mm）加工制作擋矸柱，工字鋼上布置有限位塊，上下兩根工字鋼采用U 型卡纜連接，每組擋矸柱采用2 個(gè)U型卡纜。擋矸柱上部工字鋼在巷道內(nèi)側(cè)（限位塊朝向采空區(qū)），下部工字鋼在巷道外側(cè)且插入到底板深度在500 mm 以上。相鄰近的兩根擋矸柱采用2個(gè)連板連接，擋矸柱間距為500 mm，如圖2（b）。

（2）塑料網(wǎng)

將規(guī)格為1500 mm×3000 mm 塑料網(wǎng)緊貼擋桿柱布置，并與頂板支護(hù)用的塑料網(wǎng)間有200 mm 搭接距離，采用尼龍繩連接。

（3）風(fēng)筒布

風(fēng)筒布緊貼塑料網(wǎng)布置并在巷道頂、底板側(cè)均外露200 mm，采用鐵絲鋼每隔300 mm 將風(fēng)筒布與頂板金屬網(wǎng)綁扎緊密，降低巷道向采空區(qū)漏風(fēng)量。

（4）金屬網(wǎng)

金屬網(wǎng)為11 號(hào)鍍鋅鐵絲編織而成的方格網(wǎng)（網(wǎng)孔70 mm×70 mm），緊貼巷道頂板鋪設(shè)，金屬網(wǎng)與頂板支護(hù)金屬網(wǎng)片搭接距離在200 mm 以上，兩臨近的金屬網(wǎng)片搭接長(zhǎng)度在140 mm 以上，并采用14 號(hào)鍍鋅鐵絲綁扎連接。

（5）錨索

擋矸柱在頂板壓力以及側(cè)向應(yīng)力作用下容易彎曲變形，因此將擋矸柱與巷道底板巖層圍巖相互作用成為整體，從而降低擋矸柱變形量。錨索（規(guī)格：Φ19.8 mm×4300 mm）按照45°俯角布置，錨固端進(jìn)入巷道底板巖層0.5 m 以上，將長(zhǎng)2.7 m 工字鋼作為錨索托盤，工字鋼布置在擋矸柱U 型卡纜間，每根工字鋼可連接5 根擋矸柱。具體錨索、工字鋼布置示意圖如圖3。

圖3 錨索、工字鋼布置示意圖

2.2 切縫卸壓

為在4305 留巷段減小采空區(qū)巖層垮落給留巷造成的影響，在4305 運(yùn)輸巷留巷起始位置至停采線以外安全位置均采用切縫卸壓爆破。布置的爆破孔深度為9 m，仰角60°，爆破孔間距為6 m。

2.3 巷道圍巖補(bǔ)強(qiáng)加固

待切頂卸壓爆破孔施工完畢后對(duì)4305 運(yùn)輸巷進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)范圍與切頂卸壓范圍一致。巷道頂板采用錨索帶補(bǔ)強(qiáng)方式，在與擋矸支柱交接位置的巷道頂板施工補(bǔ)強(qiáng)錨索（錨索規(guī)格Φ19.8 mm×7500 mm），錨索間距為800 mm，仰角55°～60°。具體頂板補(bǔ)強(qiáng)錨索布置如圖3。

2.4 采后臨時(shí)支護(hù)

在采面后方20 m 范圍采用“π 型梁+單體”組成架棚對(duì)頂、底板巖層進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)。布置的單體均需穿鐵鞋，布置的邁步式架棚采用一梁五柱方式，具體支護(hù)設(shè)計(jì)如圖4。單體支柱與擋桿柱間距分別為300 mm、600 mm、1500 mm、2500 mm、3800 mm，架棚間間距為600 mm。

圖4 采后架棚支護(hù)示意圖

3 實(shí)施效果

3.1 礦壓監(jiān)測(cè)分析

3.1.1 巷道表面圍巖變形

受采動(dòng)影響，在與采面相距約15 m 時(shí)運(yùn)輸巷圍巖變形開始加??；在滯后采面0～30 m 距離時(shí)，由于采空區(qū)上覆巖層垮落下沉影響，運(yùn)輸巷內(nèi)圍巖變形劇烈，變形量增加明顯；在滯后采面30～50 m距離時(shí)，由于臨近采空區(qū)側(cè)圍巖逐漸被壓實(shí)、頂板巖層活動(dòng)趨緩，運(yùn)輸巷內(nèi)圍巖變形增加速度逐漸趨緩；在滯后采面80 m 以外時(shí)，圍巖變形趨于穩(wěn)定，頂板、底板以及巷幫位移量分別為88 mm、29 mm及65 mm，圍巖變形量整體較小，留巷效果顯著。

3.1.2 頂板離層分析

運(yùn)輸巷3 號(hào)測(cè)站監(jiān)測(cè)到頂板離層量從超前12 m距離頂板離層開始出現(xiàn)，在滯后采面0～30 m 范圍內(nèi)頂板離層量增加速度較快，頂板離層量大部分發(fā)生在此范圍；滯后采面60 m 后，頂板離層趨于穩(wěn)定，淺部、深部巖層離層量穩(wěn)定在9 mm、22 mm。由此可見在4305 綜放工作面運(yùn)輸巷采取的圍巖控制可有效控制措施頂板深部巖層離層。

3.2 留巷效果分析

在采面回采，運(yùn)輸巷采空區(qū)側(cè)在擋桿支柱、密集支柱以及頂板錨網(wǎng)索支護(hù)下，沿著預(yù)裂切頂線垮落后形成巷幫，并在采面后方約80 m 位置穩(wěn)定。在采面留巷期間運(yùn)輸巷寬基本保持在4.2～4.4 m，巷高保持在2.6～2.8 m，巷道斷面收縮率在10%以內(nèi)，切實(shí)保障了采面后續(xù)生產(chǎn)安全，可滿足現(xiàn)場(chǎng)使用需要。具體現(xiàn)場(chǎng)留巷效果如圖5。

圖5 現(xiàn)場(chǎng)留巷效果圖

在4305 綜放工作面采取留巷技術(shù)后，煤炭回收率增加約6%，可增加煤炭產(chǎn)量約36 萬t，增加經(jīng)濟(jì)效益約5810 萬元，同時(shí)可消除煤柱留設(shè)存在的應(yīng)力集中、火災(zāi)等隱患，應(yīng)用效果顯著。

4 結(jié)語

三元煤礦4305 綜放工作面運(yùn)輸巷在沿空留巷過程中采用以超前切頂卸壓+頂板補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)+巷幫擋矸支護(hù)+采后臨時(shí)支護(hù)為核心的圍巖控制技術(shù)，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，留巷段頂板、底板及巷幫位移量分別為88 mm、29 mm 及65 mm，巷道圍巖在滯后采面約80 m 時(shí)趨于穩(wěn)定，取得較好的留巷效果。