倾斜煤层无人工巷旁充填无煤柱开采沿空护巷技术研究

摘要：文章对倾斜厚煤层柔性护巷无人工充填无煤柱开采技术进行了研究，根据铁山南煤矿-4212（26）工作面不同倾角煤层设计出不同的支护方案，并融合了切顶卸载技术和采空区充填承载技术方法。经现场试验和矿压观测，沿空留巷整体效果较好，完全能够满足下区段风巷使用。

关键词：无人工巷旁充填；无煤柱开采；沿空护巷技术；倾斜煤层

中图分类号：TD353 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）29-0105-02

目前国内外学者在传统的巷旁支护以及巷旁支护新材料和新方法等方面进行了许多研究，但是尚没有在倾斜煤层条件下不添加任何人工充填物作巷旁支護进行沿空留巷的先例。本项目由铁山南煤矿和重庆大学共同完成，以铁山南煤矿-4212（26）工作面为工程背景，采用理论分析、数值计算分析和现场试验相结合的方法进行研究。开展本项目的研究不仅可以直接解决铁山南煤矿的生产技术难题，而且成果还可以在同类煤层中推广应用。

1 回采工作面概况

-4212（26）工作面位于西翼-200水平-321采区第一区段的南边，为该采区第一个开采工作面，工作面风巷标高为-3.0m，机巷标高为-69.9m。工作面走向长度550m，倾斜长度105m，煤层倾角为25°～35°，平均35°，地质构造复杂。工作面局部有裂隙瓦斯涌出；煤尘爆炸指数30.66%，煤尘有爆炸危险；煤层为不易自燃发火。

煤层基本顶为灰色、灰白色细中粒砂岩，含石英，厚度为10.83m；直接顶为深灰色砂质泥岩，呈波状层理，厚度为8.02m；直接底为深灰色砂质泥岩，夹煤屑和植物化石，厚度为1.27m；基本底为深灰色砂质泥岩，呈波状层理和水平节理，厚度为7.93m。

煤厚2.5～3.26m，平均煤厚2.87m，硬度f值为2左右，含有1～3层泥岩夹矸，厚0.2～0.6m，局部达0.6m以上。煤层倾角为35°～45°，平均35°。

2 沿空留巷支护方案选择

针对铁山南煤矿-4212（26）工作面的地质特点，本项目采用的倾斜厚煤层柔性护巷无人工巷旁充填无煤柱开采技术正是融合了切顶卸载技术和采空区充填承载技术的优点，针对不同倾角煤层设计出不同的支护方案以适应实际生产需要。

（1）对于倾角大于30°的情况，本项目采用采空区矸石自然下滑充填承载技术形成沿空巷道，即利用大倾角煤层顶板活动规律，让采空区倾斜上部直接顶先冒落的矸石自然下滑将采空区下部充填饱满，利用矸石承受顶板压力，从而减轻巷内的矿压显现。

（2）对于倾角小于30°的煤层情况，采用预裂爆破切顶卸载技术，即在工作面前方机巷内靠采空区一侧的顶板通过预裂爆破形成预裂缝，在工作面后方的巷道顶板就会沿该裂缝切断，从而减轻沿空留巷内的顶板

压力。

3 现场试验

3.1 -4212（26）工作面支护方案

3.1.1 实验区基本情况。根据前面分析，结合-4212（26）工作面具体情况，对于煤层倾角大于30°段将利用空区矸石自然跨落充填进行护巷，沿空留巷内采用锚杆、锚网、锚索、W钢带加工字钢进行联合支护，巷旁采用“L”型锚网进行挡矸。对于倾角小于30°段预裂爆破切顶卸载进行护巷，沿空留巷内采用锚杆、锚网、锚索、W钢带加工字钢进行联合支护，巷旁采用“L”型锚网进行挡矸。

3.1.2 巷道支护设计。巷道支护设计将工作面前后方的机巷和沿空留巷的支护情况分为4种，分别是工作面前方30m以外的普通支护区、前方30m以内的超前支护加固区、工作面以后90m范围内的滞后支护加固区、90m以后的基本稳定区。

3.1.3 普通支护区设计。采用现有巷道的支护设计，即锚、网、索、W钢带联合支护方式，锚杆间排距0.8m×0.8m，长度2.25m；靠近高帮锚索排距为1.6m，靠近矮帮锚索排距3.2m，长度5.2m，金属网网孔5cm×5cm。

3.1.4 超前支护加固区设计。在普通支护的基础上，在巷道顶板中部沿岩层法向补打一排锚索，锚索间排距0.8m×1.6m，长度5.2m。

3.1.5 滞后支护加固区设计。在工作面下出口距巷帮0.5处顶底板补打一排锚杆，将“L”型锚网的两端固定在顶底板锚杆的锚盘内，形成巷旁柔性挡矸设施。滞后临时加强支护措施：在工作面后方90m范围内，距锚网0.5m的位置处打一排单体液压支柱，柱距为1m，排距1m，在沿空留巷90m后方稳定区进行回撤单体支柱。永久加强支护措施：滞后工作面后方20m的高帮侧距L网0.5m打设一排11#工字钢点柱，柱距为0.5m。

3.2 矿压观测方案

设一个矿压观测区，该区在工作面前方30m，距停采线100m，区内共设3个观测断面，各观测断面相距50m。观测断面内布置顶底板及两帮位移测点3个，锚杆测力计2个、锚索测力计1个、顶板离层位移基点5个。

3.3 矿压观测结果及分析

矿压观测区在工作面前方30m，距停采线100m，区内共设3个观测断面，各观测断面相距50m，随着工作面的推进，各个观测断面受工作面的采动影响，可得到工作面在前方推进到后方的巷道断面变形情况，各组测点的矿压显现规律。在此对测区里的每个观测断面的数据进行矿压显现规律分析。

图1 顶底板移近量曲线图

测区内一、二和三号观测断面巷道表面位移观测曲线以及顶板离层观测如图1所示。

由图1可知，一号断面在观测中，此处范围大致在工作面前方0～50m的范围内，顶底板累积最大移近量为300mm。二号断面在观测中，此处范围大致在工作面前方0～60m的范围内，顶底板累积最大移近量为520mm。三号断面在观测中，此处范围大致在工作面前方0～50m的范围内，顶底板累积平均移近量为35mm。

4 结语

本项目针对铁山南煤矿-4212（26）工作面的实际地质条件，采用理论分析、数值计算分析和现场试验相结合的研究方法，对倾斜厚煤层无巷旁充填无煤柱开采护巷技术中的岩层控制理论、围岩稳定性、顶板的变形破坏规律、巷道支护技术及矿压显现规律进行了分析研究，成功实现复杂地质厚煤层柔性护巷人工巷旁充填无煤柱开采技术工业性试验。并取得了较好的技术和经济效益，增加了回采率5%，缓解了生产接替紧张的矛盾，为同类型倾斜煤层柔性护巷无煤柱开采提供了

经验。

参考文献

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作者简介：李国义（1983-），四川达川人，四川达竹煤电（集团）有限责任公司铁山南煤矿技术科长，工程师。