坪上煤業(yè)分層開采沿空留巷的應(yīng)用實踐

邊 福

（晉能控股煤業(yè)集團鄂托克前旗恒源投資實業(yè)有限責(zé)任公司，山西 晉城 048006）

坪上煤業(yè)位于山西省晉城市沁水縣端氏鎮(zhèn)，生產(chǎn)能力為90萬噸/年，斜井開拓，現(xiàn)有個井筒，現(xiàn)在采3#煤，平均厚度為5.35m，礦井采用分層開采工藝，實驗巷道為23042巷，其規(guī)格為：毛高2.9m，毛寬3.5m，毛斷面面積10.15m2；凈高2.8m，凈寬3.4m，凈斷面面積9.52m2。該工作面位于井田西翼的北部，地面標(biāo)高650～800m，巷道標(biāo)高240～250m，蓋山厚度220～503m，在原有巷道的基礎(chǔ)上一次擴巷至設(shè)計寬度并在擴大后的巷道中央設(shè)置寬1200mm的鋼筋混凝土隔離墻代替煤柱，實現(xiàn)采面的無煤柱開采。

1 地質(zhì)情況介紹

1.1 水文地質(zhì)情況

工作面底板突水系數(shù)Ts=0.035-0.039MPa，按規(guī)范正常塊段不大于0.10MPa，構(gòu)造破壞塊段不應(yīng)大于0.06 MPa。因此在無斷裂構(gòu)造等導(dǎo)水通道溝通情況下，不會發(fā)生底板突水事故，預(yù)計最大涌水量為20m3/h，正常涌水量為1m3/h，巷道周圍沒有采空區(qū)積水。

1.2 煤層及其頂?shù)装鍘r石性質(zhì)

1）頂板巖石性質(zhì)，老頂：巖石性質(zhì)為細(xì)粒砂巖，巖性特征灰色，以石英為主，含云母，見少量菱鐵礦，F(xiàn)=12.4-14.3，厚度1.8～8.05m，平均厚度為5.03m。直接頂：巖石性質(zhì)為泥巖，巖性特征灰黑色，厚層狀，含少量植物化石，F(xiàn)=3.0-7.0，厚度為4.65～6.30m，平均厚度為5.79m。偽頂：巖石性質(zhì)為炭質(zhì)泥巖，巖性特征黑色，質(zhì)軟，F(xiàn)=1.0左右，厚度0.1-0.3m。

2）底板巖石性質(zhì)，直接底：巖石性質(zhì)為泥巖，巖性特征灰黑色，以均勻?qū)永頌橹鳎S富的植物根化石，F(xiàn)=5.0-7.0，厚度0.96～6.19m，平均厚度3.94m。老底：巖石性質(zhì)為細(xì)粒砂巖，巖性特征灰色，細(xì)粒砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，主要成分石英、長石，分選性、磨圓度較差，厚度0.13-4.74m。

3）煤層，煤層為3#煤層，3#煤為黑色，光亮型，條帶狀，以亮煤、鏡煤為主，結(jié)構(gòu)簡單，一般不含夾矸。節(jié)理較發(fā)育，煤層走向0-80°。煤層平均厚度5.35m，煤層傾角2°～18°，平均6°，普氏系數(shù)2.0-3.0。

2 施工工藝

2.1 巷道擴巷施工工藝

在擴巷過程中使用120綜掘機配合轉(zhuǎn)載機和40T溜槽，沿3#煤層頂板按中線掘進，采用掘支單行，掘進兩排，支護兩排，全斷面一次成巷的作業(yè)方式。

2.2 鋼筋混凝土隔離墻施工工藝

1）一次擴巷施工至一定安全距離時，在巷道底部開挖隔離墻基礎(chǔ)，基礎(chǔ)規(guī)格：寬1.8m×深0.5m。在基礎(chǔ)內(nèi)施工底板植筋和基礎(chǔ)配筋，然后回填灌滿混凝土。澆筑的混凝土基礎(chǔ)強度符合要求時，在成型的混凝土基礎(chǔ)上掛設(shè)柔性模板，澆筑混凝土隔離墻。

2）澆筑隔離墻基礎(chǔ)方式及參數(shù)，①隔離墻基礎(chǔ)規(guī)格及參數(shù)，a.底板植筋方式和參數(shù)，底板植筋每排布置2根錨桿，間距1300mm，排距750mm，全部垂直底板施工。錨桿桿體為22#左旋無縱肋螺紋鋼筋，錨固長度為1208mm，錨固力不低于120kN。錨桿外露600mm，確保底板澆筑上好托盤緊固后高出原底板100mm；b.基礎(chǔ)配筋方式和參數(shù)，鋼筋網(wǎng)設(shè)置距離基礎(chǔ)底部和頂部100mm位置處，分別布置兩層受拉鋼筋網(wǎng)，具體配筋如圖1所示：

圖1 隔離墻基礎(chǔ)示意圖

圖2 柔模隔離墻使用對拉錨栓布置圖

c.混凝土設(shè)計。隔離墻基礎(chǔ)（即基坑）內(nèi)配筋完成后，采用C50自密實塊硬早強混凝土回填灌滿，待混凝土基礎(chǔ)澆筑3天后可在基礎(chǔ)上澆筑柔模混凝土隔離墻。隔離墻、C50混凝土配合比例為：水泥型號52.5#，水泥680kg、砂子800kg、石子900kg、專用外加劑1.3kg、水275kg；②澆筑隔離墻方式及參數(shù)，在一次擴巷區(qū)澆筑柔?；炷粮綦x墻混凝土配比同基礎(chǔ)一致，墻體規(guī)格為寬1.2m×高2.9m。墻體一側(cè)與23042巷原煤柱幫平齊，另一側(cè)距離一次擴巷后新煤幫2300mm。墻體澆筑時具有3°迎山角，減輕墻體壓力，減少底鼓量。模板采用無煤柱開采橫斜雙拉纖維柔性模板，該模板由外部加筋纖維布和內(nèi)部拉筋組成為封閉的三違紡織結(jié)構(gòu)，為封閉的三維紡織結(jié)構(gòu)，外形與支護體相同，是支護體的預(yù)成型體［1］。

柔模隔離墻使用對拉錨栓進行緊固。每排布置4根錨栓，間排距750mm×750mm入圖2所示，全部垂直于墻面安設(shè)，錨桿外露不大于80mm（因施工原因造成錨桿外露超標(biāo)時，可多墊1-2個托盤）。錨栓桿體為超強熱處理左旋無縱肋螺紋鋼筋，BHRB500，桿體直徑22mm，桿體長度1400mm，桿體兩端設(shè)有螺紋，桿尾螺紋公稱直徑為M24，采用滾壓加工工藝成型，桿尾螺紋長度為120mm。錨栓托盤采用拱形高強度托盤配合球型墊和減阻尼龍墊圈使用，托盤尺寸不低于150mm×150mm×12mm，拱高度不低于36mm，托盤承載能力大于23t。墻體澆筑成型3天后預(yù)緊力矩為300N·m［2］；③混凝土隔離墻施工工藝流程：安全檢查——清理待澆筑區(qū)巷道頂?shù)装濉烦讨鲄^(qū)中央位置單體——利用待澆筑區(qū)兩側(cè)單體掛膜——利用錨栓、鋼筋梯限位柔?！俅螜z查柔模質(zhì)量——泵注混凝土——柔模接頂——柔?；炷翂w養(yǎng)護。

3 永久支護設(shè)計

永久支護。

1）頂板支護：采用樹脂加長錨固，錨網(wǎng)梁、單體液壓柱組合支護系統(tǒng)，并采用錨索補強支護。

錨桿、單體柱布置：錨桿排距1.0m，間距1.0m，每排4根，單體柱每排一支。采用無縱肋左旋螺紋鋼樹脂錨桿，長度為2.4m，其規(guī)格為MSGLW-400/22×2400。液壓柱必須超過23042巷一次擴巷正前煤壁10m，初撐力不小于90kN（11.5MPa）。

錨索布置：錨索每隔一排布置兩根。長度9.3m，其規(guī)格為SKP22-1/1770型，錨固方式為端部錨固，錨固長度1971mm。

鋼筋托梁規(guī)格：采用Φ16mm的鋼筋焊接而成，外寬100mm，長3200mm，在安設(shè)錨桿位置各焊兩根縱筋。

金屬菱形網(wǎng)：網(wǎng)孔規(guī)格50×50mm，采用10#鍍鋅鐵絲編織而成。

托盤：采用150mm×150mm×10mm配套的高強度拱形托盤［3］。

2）西幫支護：錨桿布置：每排3根，起錨高度700mm，錨桿間距900mm，距頂400mm，排距1.0m。采用玻璃鋼錨桿，型號為MGSC20/2000F，均垂直幫部打設(shè)。

托盤：采用配套的高強度圓形托盤。

W 鋼帶：W280×450/4.0 40×60［4］。

3）礦壓觀測結(jié)果，根據(jù)巷道已經(jīng)安裝間距不大于50m的錨桿測力計，觀測施工過程中的頂板應(yīng)力變化和頂板下沉情況。經(jīng)對比后發(fā)現(xiàn)如下規(guī)律。

圖3 頂板壓力變化規(guī)律

通過圖3可以得出在工作面距離測力點還有30m時，測力點的頂板壓力才開始出現(xiàn)顯著變化，當(dāng)工作面距測力點到15m時頂板壓力開始劇增，當(dāng)工作面超過測力點5m后頂板壓力達(dá)到最大值，壓力也隨著距離的增加急劇下降，最終在30m后接近原來應(yīng)力值，說明永久支護后的巷道頂板開始達(dá)到一個新的應(yīng)力平衡點。

4 結(jié)語

1）沿空留巷在掘進的過程中通過圍巖頂板的應(yīng)力觀測發(fā)現(xiàn)，巷道的施工對頂板圍巖的擾動時間集中，在支護后能快速的達(dá)到新的應(yīng)力平衡點，在頂?shù)装逑鄬杂驳拿簩又芯哂休^高的實用價值。

2）為保證施工的安全，在巷道中部提前布置一排單體液壓支柱，能有效的緩解頂板壓力，提高支護工作面的安全系數(shù)，保證施工安全［5］。

3）沿空留巷配合隔離墻的施工能保證上層工作面的無煤柱開采，但是下層煤的開采數(shù)據(jù)還需要等到下層工作面順槽布置時實驗驗證。