沿空留巷支护技术研究与实践

文/李宪伟

双鸭山矿业集团公司新安煤矿煤炭储量不足，产量有逐年递减的趋势，沿空留巷技术的应用对于类似新安煤矿的老矿来讲，开拓了一个新的增产提效途径，一定程度上增加了矿井的可采储量，延长了矿井的寿命。

一、工程地质概况

新安煤矿六采区南翼八上层设计两个采面（-450～-500 八上层右片、-430～-450 八上层右片），所采煤层为八上层，采深510～570m，平均煤厚1.56m，采面可采储量15.5万吨；八上层直接顶为1.1m厚粉砂岩，深灰色、质地均匀，老顶为白色中砂岩，厚14.0m，底板为4.8m厚的灰白色细砂岩。该采面采用走向长壁后退式回采工艺，采空区处理采用全部垮落法。通过对该采面的机轨巷实施沿空留巷技术，作为下一个采面的运输入风巷。

二、巷旁支护新材料和新技术应用

1.沿空留巷支护方案

沿空留巷支护分为基本支护 （即掘进期间的锚杆、锚索支护或架棚支护）、回采和留巷期间的加强支护、巷旁支护三部分。

2.巷内基本支护

大量矿压观测表明，沿空留巷巷旁支护载荷远远大于巷内支护载荷。尽管沿空留巷巷内基本支护载荷小，但所留巷道经过两个工作面采动支承应力作用，巷道发生大变形难以避免，沿空留巷巷内基本支护不宜采用U型钢可缩性支架和工字钢刚性支架支护。而锚杆支护属于主动支护，通过锚杆支护的强度强化作用，提高围岩的极限强度。因此，沿空留巷应采用树脂药卷加长锚固的高强度螺纹钢锚杆支护。

根据现场实际条件，巷道顶板采用螺纹钢锚杆、锚索配W钢带联合支护。锚杆间排距为1000×1000mm矩形布置，四排管理。锚索间排距为2000×2000矩形布置，两排管理。螺纹钢锚杆规格为φ20×2200mm，锚索长度为6.3m，打设深度6.0m。上帮护帮采用树脂锚杆挂金属网，间排距1200×800mm，两排管理。

3.巷内加强支护

沿空留巷在受到工作面采动影响期间及采后留巷期间，巷道围岩活动强烈，尤其顶板下沉量较大。大量观测结果表明，沿空留巷顶板活动强烈的范围在上区段工作面前方20m、工作面回采后方100m范围内，因此，上区段工作面前方20m、后方100m范围内需采用加强支护。加强支护可采用单体液压支柱或专门研制的支架。必须在留巷侧巷道顶板打设预应力锚索，以调动深部稳定岩层承载能力。锚索长度及打设角度视现场情况而定。在留巷段应打设间距1m的单体液压支柱配铰接顶梁支护，单体柱初撑力不得低于90KN，工作阻力不低于250KN，活柱有400mm以上可缩量，单体柱的保留时间以28天为宜。采高适宜时，应坚持顶板打眼放炮人工强制放顶，以有效利用采空区冒落矸石支撑老顶能力。

4.巷旁支护

充填体由两部分组成，上部采用强度较低、变形量大的充填材料（变形率25%～30%），高度为0.4m，可以实现对顶板的早期让压，同时能有效保证及时密封采空区；下部采用强度较高的充填材料0.95m，可以保证顶板动压之后承担直接顶的荷载作用力，而不破坏。当上部充填材料变形50%以上时，下部充填材料却没有受力，上部来力全部被上部充填材料的大变形给松弛掉，而不被传递到下部的充填材料，从而实现整个充填体既有较大的变形量又有较高的承载强度，达到支护和密封双重效果。

充填材料。充填袋上部使用瑞米密闭3号，其高度为0.4m；下部长方体部分使用瑞米密闭1号，其高度为0.9～1.0m。

材料参数。瑞米密闭1号抗压强度＞4Mpa左右；初凝时间2～3分钟；终凝时间：＜30分钟。瑞米密闭3号抗压强度＞0.4Mpa；初凝时间2～3分钟；终凝时间：＜30分钟。

上部密闭3号材料的试样大小为100×100×100mm，下部密闭1号试样大小一样。在试验变形达到60%以上时，下部密闭1号材料刚开始受力并开始变形，压缩直到85%以上时下部密闭1号材料还没有破坏 （此时密闭1号的变形量才不到5%，其最大变形量能达10%～20%）。从实验室结果可以看出：上部材料在压缩到85%以上时，整个支护材料能承担很高的荷载而不被压坏，起到很好的变形和承载作用。

充填袋选择。尺寸：长×宽×高=5×1.0×（0.4m+0.95m）。材质：高强度防渗漏加筋充填袋。完成临时支护后，每隔6m充填一次，一次充填1个袋子。

三、结论

现场矿压监测数据表明，使用新型充填支护材料沿空留巷降低了工人的劳动强度，提高了施工速度，增强了采空区密封性。根据现场实践，结论如下。

1.新安煤矿相邻的采面间一般要留设16m的保护煤柱，沿空留巷技术应用后，不用留煤柱，仅该采面可多回收煤炭1.5万吨，为企业增盈150万元。如果该项目能够广泛推广，将有效提高煤炭回收率，增加企业的经济效益。

2.正常情况下，掘460m巷道，150人的掘进队需5个月工期，而沿空留巷仅需7名工人施工作业，工作效率大幅提高。

3.从前每掘进该巷道1m投资1500元，每留巷1m投资1500元。应用支护技术后，每进1m巷道节资1500元，该采面沿空留巷长度460m，仅此一项节省投入90万元。