楊 揚

（山西焦煤集團有限責(zé)任公司杜兒坪煤礦， 山西 太原 030022）

引言

一直以來，提升煤礦生產(chǎn)效率、降低煤礦生產(chǎn)成本以及保證煤礦生產(chǎn)的安全性為煤礦企業(yè)的關(guān)鍵指標(biāo)。在當(dāng)前綜采設(shè)備自動化水平已經(jīng)滿足實際生產(chǎn)需求的前提下，采煤技術(shù)及工藝的改進成為改進煤礦生產(chǎn)的主要途徑之一。目前，無煤柱沿空留巷開采技術(shù)在提高煤礦資源的回收率、提升工作面巷道掘進效率以及匹配掘進與采煤速度的關(guān)系中具有現(xiàn)實意義[1]。然而，對于無煤柱沿空留巷開采技術(shù)而言其巷內(nèi)支護已可滿足實際生產(chǎn)需求，而巷旁支護還存在一定的缺陷，歸其原因在于巷旁支護材料的選型不合理。本文著重開展巷旁支護材料的理論試驗和實際應(yīng)用效果的相關(guān)研究。

1 工程概況

本文以某煤礦3102 工作面為研究載體，3102工作面目前采用全部垮落法對其頂板進行管理，正在開采的煤層為3 號煤層，煤層的平均厚度為1.5 m，煤層平均傾角為9°，煤層普氏硬度小于3。經(jīng)現(xiàn)場探測可知：該工作面瓦斯的絕對涌出量為0.15 m3/min，瓦斯相對涌出量為1.9 m3/t。3102 工作面的頂?shù)装迩闆r如表1 所示。

表1 3102 工作面頂?shù)装迩闆r

綜采工作面頂板的垮落類型可分為主動垮落和被動垮落。對于3102 工作面而言，其頂板巖層的主要成分為細(xì)砂巖，而其對應(yīng)底板的主要成分為泥巖和泥質(zhì)砂巖[2]。綜合分析，3102 工作面頂板主要垮落類型為主動垮落。因此，對整個工作面支護阻力計算時需充分考慮巖層自重載荷的作用。

2 工巷旁支護材料的試驗研究

2.1 工作面沿空留巷的設(shè)計

基于3102 工作面地質(zhì)、水文以及煤層的條件，該工作面采用綜合機械化走向長壁前進式采煤法，在開采的同時將工作面上巷和下巷進行沿空留巷，工作面頂板采用全部垮落發(fā)管理。3102 工作面的總體布置如圖1 所示。

圖1 3102 工作面的總體布置圖

3102 工作面采用錨桿+金屬網(wǎng)+梁+ 液壓支架對頂板進行支護；采用錨桿+金屬網(wǎng)+梁對工作面上巷和下巷進行支護，除此之外，還對巷道端頭進行支護和超前支護設(shè)計[3]。上述為3102 工作面的巷內(nèi)支護設(shè)計。本文著重對巷旁支護設(shè)計進行研究。

2.2 巷旁支護的設(shè)計

為進一步保證工作面生產(chǎn)的安全性，在上述巷內(nèi)支護的基礎(chǔ)上對其巷旁進行支護，并提出采用袋+網(wǎng)+栓式矸石帶的巷旁支護方式。具體支護形式如下頁圖2 所示。

將矸石裝入塑料編織袋內(nèi)堆放，并采用防護鋼帶在垂直和水平方向?qū)ρb有矸石的塑料編織袋進行緊固，采用錨網(wǎng)進行封底封幫操作。結(jié)合相關(guān)理論計算確定巷旁充填的平均寬度為1.5 m，充填高度也為1.5 m。

圖2 巷旁支護示意圖

2.3 巷旁充填材料支護性能的試驗

根據(jù)袋+網(wǎng)+栓式矸石帶的巷旁支護思路，本文在某實驗室中對其支護性能進行模擬，不同的是采用直徑為0.5 mm 的沙子模擬煤粉，采用直徑為10 mm、40 mm 的石子模擬煤矸石。本次試驗所采用的核心設(shè)備為YE-2000 液壓式壓力試驗機，該試驗機所能夠提供的最大負(fù)載為2 000 kN[4]。本節(jié)將對不同巷旁充填材料組合下對應(yīng)的抗壓強度進行對比分析。

1）沙子填裝量不同的支護性能。分別對滿袋、半袋以及2/3 袋填裝量（沙子的直徑為0.5 mm）的抗壓強度進行對比。經(jīng)試驗可得：滿袋沙子的最大承載壓力為220 kN，半袋沙子的承載壓力為240 kN，2/3 袋沙子的承載壓力為260 kN；且2/3 袋沙子的最大位移量最小，僅為83 mm，與其對應(yīng)的抗壓強度最大值為1.38 MP。經(jīng)試驗得出：2/3 沙子填裝量的支護性能最佳。

2）石子填裝量不同的支護性能。分別對滿袋、半袋以及2/3 袋填裝量（石子的直徑為0.5 mm）的抗壓強度進行對比。經(jīng)試驗可得：當(dāng)石子直徑為10 mm時滿袋石子的最大承載壓力為230 kN，半袋石子的承載壓力為210 kN，2/3 袋石子的承載壓力為250 kN；當(dāng)石子直徑為40 mm 時滿袋石子的最大承載壓力為130 kN，半袋石子的承載壓力為240 kN，2/3 袋石子的承載壓力為280 kN。且石子直徑為10 mm時，2/3 袋石子對應(yīng)的抗壓強度最大為1.12 MPa；石子直徑為40 mm 時，2/3 袋石子對應(yīng)的抗壓強度最大為1.15 MPa。經(jīng)試驗得出：石子直徑為40 mm 且裝填狀態(tài)為2/3 時，其對應(yīng)的支護性能最佳。

3）混合裝料的支護性能試驗。在上述試驗的基礎(chǔ)上，對石子與沙子混合裝料的形式下的抗壓強度進行試驗研究得出：當(dāng)沙子質(zhì)量為12.5 kg，石子直徑為40 mm 且為2/3 裝填量時的抗壓強度最大，其對應(yīng)的最大承載壓力為285 kN，對應(yīng)的最大抗壓強度值為1.54 MPa。此外，在上述狀態(tài)下驗證不同水分狀態(tài)下的支護性能可知：當(dāng)水分為1%時混合填料且2/3 裝填量的最大承載壓力為1 100 kN，最大抗壓強度為5.02 MPa[5]。

3 巷旁支護方案的應(yīng)用效果

在第2 節(jié)中對巷旁支護材料不同組合形式下對應(yīng)支護性能試驗的基礎(chǔ)上，將煤粉與煤矸石的混合填料且裝填量為2/3 的充填材料應(yīng)用于實際的巷旁支護中，并對采用常規(guī)充填材料下的支護效果和采用煤粉與煤矸石混合填料的支護效果進行對比，主要對頂板底板的移近量和兩幫移近量兩項參數(shù)進行對比，對比監(jiān)測結(jié)果如表2 所示。

表2 不同巷旁支護材料的應(yīng)用效果

如表2 所示，采用煤粉與煤矸石充填材料對巷旁支護效果優(yōu)于采用常規(guī)充填材料的支護效果，其中頂板移近量僅為280 mm，兩幫移近量僅為290 mm。

4 結(jié)論

無煤柱沿空留巷采煤由于其煤炭資源回收率高、采掘效率高等優(yōu)勢被廣泛應(yīng)用，其中巷旁支護作為該采煤技術(shù)相對薄弱的環(huán)節(jié)，本文開展了關(guān)于充填材料的相關(guān)支護性能試驗和實際應(yīng)用效果的研究，具體總結(jié)如下：

1）采用煤粉與煤矸石相混合的填料方式，并采用2/3 填裝量且保證水分為1%時對應(yīng)的承載能力和抗壓強度性能最佳，即支護性能最佳。

2）實踐表明，采用煤粉與煤矸石為充填材料的支護方式，其頂板移近量縮小量為350 mm，兩幫移近量的縮小量為353 mm。