田曉龍

（華陽集團(tuán)新景公司，山西 陽泉 045000）

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)的煤炭需求量和開采強(qiáng)度逐年增加，賦存條件優(yōu)越的煤炭資源逐漸枯竭，為提高煤炭回收率，國(guó)內(nèi)采礦專家提出了無煤柱開采技術(shù)。無煤柱開采技術(shù)主要包括沿空掘巷和沿空留巷。其中沿空留巷是將上個(gè)工作面回采巷道保留下來用作下個(gè)工作面使用，由于可以少掘進(jìn)1條巷道，顯著降低下個(gè)工作面開拓成本，緩解礦井采掘接續(xù)緊張局面，同時(shí)回收了區(qū)段煤柱，提高煤炭回收率，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。沿空留巷一側(cè)巷幫為采空區(qū)，目前一般采用巷旁充填的方式進(jìn)行支護(hù)，充填材料主要有柔膜混凝土、高水材料和井下矸石等[1-6]。新景礦3213第一輔助進(jìn)風(fēng)巷計(jì)劃采用巷旁充填沿空留巷的方式保留下來用作鄰近工作面回采巷道使用，以提高新景礦煤炭回收率、降低開拓成本，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

1 工程背景

新景礦3213工作面位于525水平二采區(qū)南翼中部，平均埋深470 m，工作面北方向?yàn)椴蓞^(qū)巷道，南方向?yàn)楸Ｗo(hù)煤柱，東方向?yàn)?211采空區(qū)，西方向?yàn)?215工作面（未采），采掘工程平面如圖1所示。3215工作面開采3#煤層，據(jù)地質(zhì)資料可知，工作面開采區(qū)域煤厚1.62～2.88 m，平均2.5 m。3#煤層結(jié)果簡(jiǎn)單，屬中厚穩(wěn)定可采煤層，煤層傾角平均6°；煤層老頂為灰白色細(xì)粒砂巖，平均厚度4.61 m，局部沖蝕至下部巖層，與煤層接觸；直接頂為灰黑色砂質(zhì)泥巖，平均厚度1.25 m，局部受沖刷缺失；直接底為黑色泥巖，平均厚度1.6 m，巖性硬而脆。新景礦3213工作面布置四條巷道，三條進(jìn)風(fēng)巷一條回風(fēng)巷，形成三進(jìn)一回的通風(fēng)系統(tǒng)。根據(jù)工作面生產(chǎn)地質(zhì)條件，為提高煤炭回收率，降低巷道開拓成本，計(jì)劃將第一輔助進(jìn)風(fēng)巷采用沿空留巷的方式保留下來用作下個(gè)工作面使用，試驗(yàn)巷道掘進(jìn)斷面為矩形，掘進(jìn)寬度4.3 m，掘進(jìn)高度2.7 m。

圖1 試驗(yàn)巷道采掘工程平面

2 巷旁充填沿空留巷支護(hù)技術(shù)

新景礦3213第一輔助進(jìn)風(fēng)巷采用沿空留巷支護(hù)技術(shù)，留巷前巷內(nèi)采用錨桿+錨索+鋼帶+金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，留巷后，巷旁采用柔膜混凝土墻支護(hù)，柔膜混凝土墻采用對(duì)拉錨栓+鋼帶+鋼筋網(wǎng)強(qiáng)化性能，同時(shí)采用錨索進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，采用單體支柱+π型梁進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)。

2.1 留巷前支護(hù)技術(shù)與參數(shù)

新景礦3213第一輔助進(jìn)風(fēng)巷留巷前采用錨桿+錨索+鋼帶+金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，具體支護(hù)參數(shù)如下：

（1）錨桿：頂錨桿為規(guī)格?20 mm×2 400 mm的高強(qiáng)錨桿；幫錨桿為規(guī)格?18 mm×1 800 mm的麻花錨桿；頂、幫錨桿均配MSK2335及MSZ2360型藥卷各1卷；頂錨桿間距780 mm，幫錨桿間距800 mm，排距均為850 mm，預(yù)緊扭矩均不低于300 N·m。

（2）錨索：錨索為規(guī)格?17.8 mm×7 200 mm的鋼絞線，間距2 340 mm，排距850 mm，每根錨索配1卷MSK2335型、2卷MSZ2360型 藥卷，預(yù)緊力不低于250 kN。

（3）頂板錨桿錨索呈排布置，每排布置4根錨桿、2根錨索，頂錨桿索采用長(zhǎng)度4 200 mm的W鋼帶成排連接，幫錨桿采用長(zhǎng)度1 300 mm的W鋼帶成排連接。

（4）金屬網(wǎng)：巷道頂部及兩幫均鋪設(shè)金屬網(wǎng)，頂網(wǎng)規(guī)格4.5 m×0.95 m，幫網(wǎng)規(guī)格2.5 m×0.95 m。

留巷前巷道支護(hù)如圖2所示。

圖2 留巷前巷道支護(hù)

2.2 充填沿空留巷支護(hù)技術(shù)與參數(shù)

新景礦3213第一輔助進(jìn)風(fēng)巷留巷后巷旁采用柔膜混凝土墻支護(hù)，柔膜混凝土墻采用對(duì)拉錨栓+鋼帶+鋼筋網(wǎng)強(qiáng)化性能，同時(shí)采用錨索進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，采用單體支柱+π型梁進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)，具體支護(hù)參數(shù)如下：

（1）柔膜混凝土墻：留巷后巷道寬度為4.5 m，柔膜混凝土墻采用寬1.2 m、高2.7 m、長(zhǎng)2.0 m的柔模支設(shè)，采用標(biāo)號(hào)C30混凝土筑墻，墻體厚度1.2 m，設(shè)計(jì)澆筑后的墻體強(qiáng)度不低于C30。柔膜混凝土墻采用對(duì)拉錨栓+鋼帶+鋼筋網(wǎng)強(qiáng)化性能，對(duì)拉錨栓采用?20 mm高強(qiáng)螺紋鋼制作而成，長(zhǎng)度1 300 mm，間距750 mm，排距1 000 mm，采用W鋼帶成排連接，預(yù)緊扭矩不低于150 N·m，表面鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)片，具體支護(hù)如圖3所示。

圖3 柔膜混凝土墻支護(hù)

（2）采用錨索進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，補(bǔ)強(qiáng)錨索布置兩排，一排布置在巷內(nèi)頂板，距混凝土墻0.3 m施工，另一排布置在采空區(qū)頂板，距混凝土墻0.2 m施工，錨索為規(guī)格?17.8 mm×7 200 mm的鋼絞線，排距850 mm，預(yù)緊力不低于250 kN。

（3）采用單體支柱+π型梁進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)，工作面前方30 m至后方100 m進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)，單體型號(hào)DW28，π型梁長(zhǎng)度4.0 m，棚距1.0 m。

留巷后巷道支護(hù)如圖4所示。留巷過程如圖5所示。

圖4 留巷后巷內(nèi)支護(hù)

圖5 留巷過程

3 沿空留巷試驗(yàn)應(yīng)用分析

將設(shè)計(jì)的巷旁充填沿空留巷支護(hù)技術(shù)在新景礦3213第一輔助進(jìn)風(fēng)巷進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)，同時(shí)，監(jiān)測(cè)了留巷過程中的圍巖變形，3213第一輔助進(jìn)風(fēng)巷留巷時(shí)期圍巖變形情況如圖6所示。

圖6中試驗(yàn)巷道留巷后其變形可分為三個(gè)階段：第一階段為緩慢變形階段，為工作面后方0～20 m范圍內(nèi)，該階段留巷主要受基本頂回轉(zhuǎn)下沉作用，巷道圍巖變形量相對(duì)較小，圍巖變形速度也相對(duì)較小，該階段頂?shù)装謇塾?jì)變形量69 mm，兩幫累計(jì)變形量28 mm，變形速度最大8.5 mm/d。第二階段為快速變形階段，為工作面后方20～60 m范圍內(nèi)，該階段基本頂回轉(zhuǎn)破斷，留巷主要受覆巖劇烈活動(dòng)影響，巷道圍巖變形量、變形速度急劇增加，該階段頂?shù)装謇塾?jì)變形量208 mm，兩幫累計(jì)變形量165 mm，變形速度最大22 mm/d。第三階段為緩慢變形—穩(wěn)定階段，為工作面后方60 m范圍外，該階段覆巖活動(dòng)基本穩(wěn)定，巷道變形速度大幅度降低，巷道圍巖逐漸穩(wěn)定；工作面后方100 m范圍外，巷道圍巖變形速度趨近于0 mm，巷道處于穩(wěn)定狀態(tài)，巷道穩(wěn)定后。以上三個(gè)階段頂?shù)装謇塾?jì)變形289 mm，兩幫累計(jì)變形206 mm，整體看巷道變形較小，均在可控范圍內(nèi)，表明巷旁充填沿空留巷支護(hù)技術(shù)的合理性和可靠性。

圖6 3213第一輔助進(jìn)風(fēng)巷圍巖變形情況

4 結(jié)語

為提高煤炭回收率、緩解礦井采掘接續(xù)緊張局面、降低巷道開拓成本，基于新景礦3213工作面生產(chǎn)地質(zhì)條件，采用了巷旁充填沿空留巷支護(hù)技術(shù)。新景礦3213第一輔助進(jìn)風(fēng)巷采用沿空留巷支護(hù)技術(shù)，留巷前巷內(nèi)采用錨桿+錨索+鋼帶+金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，留巷后，巷旁采用柔膜混凝土墻+對(duì)拉錨栓+鋼帶+鋼筋支護(hù)，巷內(nèi)采用錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)、單體支柱+π型梁臨時(shí)支護(hù)。工業(yè)性試驗(yàn)結(jié)果顯示，留巷穩(wěn)定后，頂?shù)装謇塾?jì)變形289 mm，兩幫累計(jì)變形206 mm，整體看巷道變形較小，均在可控范圍內(nèi)，表明巷旁充填沿空留巷支護(hù)技術(shù)在新景礦是合理、可靠的。