綜采工作面沿空留巷支護(hù)技術(shù)研究應(yīng)用

李慶飛

（山西潞安化工集團(tuán)有限公司司馬煤業(yè)有限公司，山西 長(zhǎng)治 047105）

1 概述

司馬煤業(yè)1306 工作面位于三采區(qū)南部，北部為實(shí)體煤，南部為1307 工作面采空區(qū)，東部為三采區(qū)輔助大巷，西部為村莊保護(hù)煤柱邊界。工作面可采長(zhǎng)度 592.6 m，切眼長(zhǎng)度 220 m。1306 工作面回采3#煤層，均厚 7.01 m，平均傾角 3°，見(jiàn)表1。

為減少下一個(gè)工作面掘進(jìn)工程量，決定對(duì)1306軌道巷進(jìn)行留巷，作為下一個(gè)工作面的軌道巷使用。

2 切頂卸壓護(hù)巷技術(shù)[1-5]

2.1 切頂卸壓護(hù)巷作用

隨工作面推采距離的增加，采空區(qū)直接頂上部的亞關(guān)鍵層懸頂面積也隨之加大，當(dāng)周期來(lái)壓步距疊加到一定數(shù)量時(shí)，亞關(guān)鍵層懸頂有一個(gè)垮落過(guò)程，對(duì)沿空留巷圍巖有一個(gè)滯后壓力顯現(xiàn)的過(guò)程，從而造成不同程度的破壞，所以需超前工作面對(duì)亞關(guān)鍵層進(jìn)行預(yù)裂切頂卸壓爆破。亞關(guān)鍵層按預(yù)設(shè)垮落，減少采空區(qū)懸頂面積，降低對(duì)沿空留巷的威脅，是降低滯后壓力顯現(xiàn)對(duì)沿空留巷威脅的一個(gè)有效措施。

2.2 布孔方式

沿1306 軌道巷回采側(cè)肩角布置一排炮孔，為了防止爆破損傷頂板、頂板離層或錨固失效，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，確定鉆孔位置緊靠回采側(cè)800 mm處。鉆桿直徑50 mm，鉆頭直徑56 mm，炮孔直徑60 mm，炮孔與水平面夾角（炮孔傾角）β=70°，布置間距為3.0 m。

2.3 炮孔長(zhǎng)度計(jì)算

1306 工作面頂煤和頂板矸石完全充滿采空區(qū)的冒落高度計(jì)算為19.98 m，所以1306 工作面軌道巷頂板上方垂直高度21.0 m 范圍內(nèi)巖層為主要弱化對(duì)象。炮孔長(zhǎng)度L=Mz·sinβ（Mz為圍巖冒落高度，以弱化層厚度進(jìn)行計(jì)算，為21 m；β為炮孔夾角，70°），通過(guò)計(jì)算可得L=21sin70°=19.73 ≈20 m。

2.4 單孔裝藥量及裝藥結(jié)構(gòu)

1）裝藥量。切頂卸壓?jiǎn)慰籽b藥長(zhǎng)度14 m，封孔長(zhǎng)度8 m，單孔裝藥量Q=q×l（q為每米裝藥量，1.0 kg/m；l為裝藥長(zhǎng)度）。通過(guò)計(jì)算，單孔裝藥量Q=q×l=14 kg。如圖1。

圖1 切頂卸壓孔布置及裝藥結(jié)構(gòu)示意圖

2）裝藥結(jié)構(gòu)。爆破切頂卸壓孔采用孔底不耦合連續(xù)裝藥方式，爆破孔長(zhǎng)度為22 m，每個(gè)炮孔內(nèi)安裝8 根聚能管，每根聚能管長(zhǎng)度為2.0 m，藥卷填裝在聚能管內(nèi)，每個(gè)聚能管采用Φ60 mm 鉆孔用定位塊定位確保爆破聚能方向與設(shè)計(jì)預(yù)裂方向一致。

3 沿空留巷段支護(hù)技術(shù)

3.1 擋矸支架護(hù)矸

1306 工作面回采后，在工作面端頭支架后方安裝ZRL11620/25/42 型沿空留巷擋矸支架，對(duì)留巷段采空區(qū)側(cè)頂板進(jìn)行支護(hù)。該支架為兩架一組邁步自移式，主要由頂梁、伸縮梁、掩護(hù)梁、底座、四連桿、單擺桿、立柱、推移千斤頂、側(cè)推千斤頂、拉緊千斤頂、底調(diào)千斤頂、控制系統(tǒng)等部件組成。具體技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 ZRL11620/25/42 型沿空留巷擋矸支架技術(shù)參數(shù)表

3.2 柔模墻體支護(hù)

1306 工作面回采后，在沿空巷采空區(qū)側(cè)采用柔模墻體支護(hù)，防止采空區(qū)矸石涌入留巷段內(nèi)，隔絕采空區(qū)有害氣體。

1）柔模墻體的柔性模板采用封閉的三維紡織結(jié)構(gòu)，主要由外部加筋纖維布和內(nèi)部拉筋組成，封閉空間采用高性能混凝土充填，充填后的結(jié)構(gòu)體具有抗壓、封堵等性能。

2）每個(gè)柔性模板充注混凝土后成矩形立體結(jié)構(gòu)，充注后高度為4.5 m、寬度為1.5 m、長(zhǎng)度為3.0 m。每塊模板充注后采用三排對(duì)拉錨桿固定，每排4 根，錨桿布置間距為0.9 m，排距為0.75 m，錨桿長(zhǎng)度為1.7 m，直徑為22 mm，如圖2。

圖2 1306 工作面沿空留巷段支護(hù)示意圖（mm）

3）柔模澆筑主體包混凝土配比為石子、砂子、水泥、專用外加劑及水，接頂包為砂子、水泥、專用外加劑及水，水泥和砂子按照2:1 的比例強(qiáng)度配比澆筑。

4）由于包內(nèi)的周邊料稠、中間料稀且水分大，混凝土中部下陷造成頂板與墻體接頂時(shí)是兩側(cè)的線接觸而不是面接觸，頂板來(lái)壓易造成墻體頂部側(cè)向剪切損壞現(xiàn)象，所以需進(jìn)行加壓接頂施工。柔模澆筑接頂包時(shí)，要采用注、停間隔時(shí)間的方法澆筑，每注0.5 m3料時(shí)停注1～3 min 透水，直至柔模接頂包注滿，以四角展開(kāi)為準(zhǔn)。接頂模板注滿后，繼續(xù)等待柔模透水2 min，再泵送一個(gè)行程，泵送量在0.3～0.5 m3。

3.3 超前工作面臨時(shí)加強(qiáng)支護(hù)

1306 工作面超前工作面50 m 范圍內(nèi)，沿巷道走向采用“單體液壓支柱+π 型長(zhǎng)梁”方式進(jìn)行臨時(shí)加強(qiáng)支護(hù)。兩側(cè)棚距為0.9 m，正中間棚架間距為1.8 m，每排4 根單體液壓支柱，π 型梁體長(zhǎng)度為4.4 m，單體液壓支柱型號(hào)為 DW40-250/110X。每根單體液壓支柱應(yīng)穿設(shè)柱鞋，掛設(shè)防倒繩。

3.4 滯后工作面臨時(shí)加強(qiáng)支護(hù)

1）沿空留巷后在滯后工作面200 m 范圍內(nèi)，垂直巷道走向采用“單體液壓支柱+π 型長(zhǎng)梁”，一梁三柱方式，靠近柔模墻一側(cè)順巷打設(shè)單體柱π型鋼棚，進(jìn)行臨時(shí)加強(qiáng)支護(hù)。棚距為0.9 m，每排4根單體液壓支柱，π 型梁體長(zhǎng)度為3.8 m。

2）第一根單體液壓支柱距墻體0.1 m，第二根單體液壓支柱距墻體0.7 m，第三根單體液壓支柱距墻體1.5 m，且這三根單體液壓支柱統(tǒng)一向煤柱側(cè)傾斜 3°（第一根單體液壓支柱的柱角直接頂在墻體下部）。第四根單體液壓支柱距墻體3.2 m，且向采空區(qū)側(cè)傾斜 3°布置。

4 應(yīng)用效果

1306 工作面于2021 年9 月12 日已回采450 m，沿空留巷長(zhǎng)度為440 m，通過(guò)與傳統(tǒng)安裝擋矸簾相比取得了以下顯著應(yīng)用成效：

1）圍巖穩(wěn)定性好。通過(guò)對(duì)留巷段圍巖觀察發(fā)現(xiàn)，沿空巷采取切頂卸壓以及柔模等支護(hù)后，留巷段整體穩(wěn)定性好，在工作面后方150 m 范圍內(nèi)處于采空區(qū)頂板垮落影響，巷道頂板出現(xiàn)局部下沉，但是未出現(xiàn)錨桿（索）失效現(xiàn)象。

2）擋矸、封堵效果好。與傳統(tǒng)擋矸簾相比柔模墻體支護(hù)強(qiáng)度高，能夠有效阻擋采空區(qū)矸石，同時(shí)封堵效果好，實(shí)測(cè)沿空巷內(nèi)瓦斯平均濃度為0.1%，其他有害氣體均控制在允許濃度范圍內(nèi)。

3）支護(hù)成本費(fèi)用低。傳統(tǒng)擋矸簾支護(hù)時(shí)，每米需安裝一卷?yè)蹴匪嗵骸? 架擋矸支架以及布置2 架錨索吊棚。擋矸水泥毯成本為0.62 萬(wàn)元/卷，擋矸支架成本為0.24 萬(wàn)元/架，每架錨索吊棚成本為0.14 萬(wàn)元/架，總支護(hù)費(fèi)用為1.38 萬(wàn)元/m。采用柔模墻支護(hù)時(shí)每米支護(hù)成本費(fèi)用為0.17 萬(wàn)元，支護(hù)成本費(fèi)用低。

4）支護(hù)效率高。1218 工作面留巷段采用擋矸簾支護(hù)時(shí)，每班需5 人配合施工，每天支護(hù)長(zhǎng)度不足6 m，工作面每回采2 d 需停采一次，支護(hù)效率低，嚴(yán)重影響工作面高效回采。采用柔模墻支護(hù)時(shí)，每班安排2 人支護(hù)即可，每天最大支護(hù)長(zhǎng)度達(dá)14 m，支護(hù)效率高，勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度低。

5 結(jié)語(yǔ)

1306 工作面采用切頂卸壓后能夠及時(shí)阻斷采空區(qū)應(yīng)力傳遞通道，采空區(qū)頂板沿切頂線實(shí)現(xiàn)了全部按預(yù)設(shè)垮落，避免了因頂板垮落導(dǎo)致沿空留巷頂板剝離破壞。對(duì)沿空留巷采取柔模墻體支護(hù)，提高了沿空留巷圍巖穩(wěn)定性，起到了支護(hù)、隔絕等作用。切頂卸壓、柔模支護(hù)等技術(shù)在沿空留巷中具有顯著的應(yīng)用成效，具有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值。