急倾斜煤层的沿空护巷方法

张万川

急倾斜煤层的沿空护巷方法

张万川

（四川达竹煤电集团公司斌郎煤矿，四川达州，635065）

在复杂地质条件下，无煤柱护巷技术需要面对较为棘手的安全隐患问题，所以有必要在支护方面进行深入研究。基于此，开展对急倾斜煤层的沿空护巷的研究，对主要的支护形式、技术特点、安全防护措施等，以及支护中的各项阻力展开分析，旨在从理论层面上对支护技术给予支撑，提出关键措施，为我国煤矿开采技术提供更多的实践价值。

急倾斜煤层；支护结构；沿空护巷；安全防护

引言

我国煤炭资源分布不均，其中内蒙、山西、河南等北部煤矿资源占比达到70%，而南方煤矿资源较少，并且现存的煤矿赋存条件差，开采成本高。南方煤矿多为小煤矿，煤层不稳定，尤其是南方80%的矿区都存在急倾斜煤层，因此开采技术要求标准更高。

目前，我国煤炭生产以井工开采为主，维护主要是以保留护巷煤柱的方式。但在煤矿开采深度不断增加的情况下，原岩应力升高使得护巷煤柱宽度增大，导致采出率越来越低，另外对维护也带来了更多的困难和棘手问题。

基于上述考虑，本文对急倾斜煤层的沿空护巷展开研究，对主要的支护形式、技术特点、安全防护措施，以及支护中的各项阻力展开分析研究，从理论层面上对支护技术有关强度进行计算，结合实际工作探讨实现方法，为我国煤矿开采技术提供支持和帮助。

1　急倾斜煤层支护设计原则

在煤矿开采中，实现回采工作面无煤柱护巷是当前煤矿开采的一项重要技术革新，而沿空留巷能够有效提高煤炭回收率，减低掘进率，缓解采掘接替的紧张状况，这是一项具有应用价值的技术。沿空留巷作为一项先进的无煤柱护巷技术，已经得到了推广普及，但在急倾斜煤层环境下，不得不考虑其支护问题，尤其是在顶板、底板及煤层均为软岩的急倾斜煤层条件下，非均质层状赋存，难以形成承载结构给其支护带来了更大的困难[1-5]。急倾斜煤层支护要坚持以三种设计原则：

第一，结合急倾斜煤矿沿空留巷巷道围岩变形实际特点，一般而言，围岩变形由顶部煤体滑动以及向采空区的回转所构成，因此巷道支护设计需要考虑到层理间的摩擦力，尽可能的减小回转；

第二，根据支架与围岩之间的作用机理，利用围岩自身承载力形成“支架一围岩”的承载体系。支架的荷载是变化荷载，并且承担较小的压力，因此围岩分担压力越大，支架就分担较少。当需要支架来实现阻挡围岩移动的目的，则需要支架承担较大的支撑力。对急倾斜煤层而言，沿空巷道围岩是煤体，单轴抗压强度一般在5 MPa～30 MPa之间，当到达煤体的极限强度，围岩已经遭到了破坏，此时承载能力较小，因此需要加固围岩，保持和增强围岩强度，发挥围岩自承力来实现沿空留巷的维护要求；

第三，加强支护和基本支护联合运用。顶部煤体回转作用下，摩擦阻力较小，层理之间形成了滑动趋势，而提升围岩自身提升承载力在技术上比较困难，对急倾斜煤层而言，围岩的破坏需要经历不同的应力条件和破坏阶段，因此采取单一化的支护方法显然是不科学的可以给予急倾斜煤层的实际特点选用支护之后，采取一系列的加固加强的措施，加强巷道支护。

2　常见巷道支护形式

2.1锚杆支护

近年来煤矿生产中，锚杆支护理论得到不断完善，随着对锚杆支护的不断认识，其应用范围也不断扩大，目前已经成为最常见的支护形式。业内普遍提出锚杆支护的作用在于悬吊作用、组合梁(拱)作用、减跨作用、围岩松动圈支护等。

第一，悬吊作用是通过锚杆将顶板悬挂在坚硬岩层，通过将下部不稳定的岩层悬吊在上部稳固的岩层，此时根据锚杆压力来设计支护参数；

第二，组合梁作用，锚杆所提供的预应力使得岩层受到挤压力，以此来提升岩层之间的摩擦力。另外，锚杆还能承担抗剪作用，以此来防止层间搓动。而锚杆和岩层之间就形成了组合梁式的结构，形成同步变形的体系，而此时岩层本身的抗弯承载力也得到了一定的提升；

第三，减跨作用是将顶板视为简支梁，施加锚杆固定就相当于增加了新的支座，这样原本的顶板在跨度上被分成了若干份，减少了跨度，与此同时，锚杆承担了一定的压力，顶板本身的挠度变形减少，顶板和岩石之间稳定性得到了提升。

锚杆支护虽然有不同的理论观点。如锚杆支护是一种主动支护其作用机理，主要是通过轴向的锚杆作用来改变围岩的受力状态，这样形成三向应力状态。另外，锚杆本身的横向作用组织了裂隙的相对运动，这两个方面有效的改善变形特性。

锚杆支护优点是能够有效的利用围岩承载能力，支护效果较好，但其缺点在于不适用V类和VI类软岩。另外设计参数的不确定性因素而存在许多有待商榷的问题，对支护影响较大，例如巷道冒顶等。

2.2拱形可缩性金属支架支护

通常采用18 kg/m～29 kg/m的U型钢制造。材料具备良好的抗弯、抗扭能力，本身的承载能力主要受到支架的数目、滑动阻力大小、型钢材料的影响。可缩连接构件控制围岩移动，伸缩量在300 mm～500 mm之间。

这一支护形式在急倾斜沿空留巷中比较常见，但其缺点也很明显，首先利用效率较低，缺乏机械情况下作业断面很难成形，而且伸缩量是不适用在大变形留巷中。

2.3梯形工字钢支架支护

梯形工字钢棚施工简便，并且形成的断面小，可以保证顶板完整性。一般在小断面或中等围岩条件下应用，但其缺点是承载力和支护效果较小，而且属于被动承载，侧向抗变形不足，而且支架本身属于刚性，无法伸缩，对围岩变形的控制功能很小。

3　急倾斜煤层沿空护巷技术方案

川煤集团达竹煤电集团公司斌郎煤矿401采区、301采区均为急倾斜工作面。401采区平均角度在52度以上，301采区平均角度在47度以上，在沿空护巷上曾经采用过砌块码墩支护、混泥土浇灌、工字钢加矸石带充填等方法。现在采用的是锚索和预裂爆破方式，锚索长度6.3 m。

基本原理：采用双向聚能预裂爆破技术对顶板进行超前预裂破坏，从而改变成巷过程中悬伸顶板覆岩岩体的结构。这样在上覆压力的影响下，预裂面自然形成巷道帮壁，以此来实现保留工作面机巷的目的。

3.1爆破参数设置

炮眼的位置在采空区侧距切顶锚索400 mm处，与底板垂直方向成5°～15°的夹角。施工时保证炮孔质量，应平直齐，成一条直线。参数设置如表1所示。

表1　爆破参数设置

3.2锚索

锚索长度6.3 m，靠近采空区侧锚索排距1.6 m，巷道中央锚索排距2.5 m，辅以钢板护顶。安装需要用到专用锚索机，误差控制在±50 mm内，配上7 m套钎，眼位误差控制±150 mm内。上好搅拌器，搅拌时间不低于40 s。预拉钢绞线，拉力大于80 kN，小于100 kN。锚索外露大于150 mm，加锚索梁贴紧围岩支护。

锚索采用7根直径15.24 mm钢绞线，低松弛率，强度级别1 860 MPa，破坏负荷260.70 kN。锚固长度大于1.0 m。

3.3帮锚杆

采用长1.8 m圆钢锚杆配合单层塑料网（钢丝网）护帮，成排成行布置。

首先检查锚杆眼深度，锚杆外露30 mm～50 mm，采用左旋搅拌方式。钢带紧贴煤岩面，锚杆锚固力控制在70 kN以上，顶板中的锚固力要大于100 kN，预应力下紧力矩大于400 N·m，孔深误差控制在±50 mm内。

顶板锚杆采用Φ18 mm×2 300 mm左旋螺纹钢树脂锚杆，锚杆间排距为800 mm×800 mm。角锚杆与水平夹角15°。

3.4矸石带

由于工作面煤层倾角大，因此为降低采空区漏风系数，利用煤层倾角大矸石下滚时在后维护的柱梁上方挂严双层双抗网挡矸，形成落矸充实区支护顶板，并且矸石带侧悬挂阻燃性挡风布。

3.5强化现场管理

通过现场管理来维护采后巷道，主要从以下三个方面展开：

（1）加强放煤过程护巷煤礅的保护。单体支柱支设在紧靠煤礅处，通风行人眼的宽度设为1 m，以保证达到通风及行人的需要。随工作面的推进及时将旧胶带及塑料溜槽前移，确保稳定性；

（2）在采后眼封堵方面，在溜煤小眼内设置双层拦矸木密集支柱，木支柱间距0.2 m，在采后眼进入切顶支柱后方前，采后眼封堵后再进行回柱，由专人值班检查，保证垫层厚度，使垫层与煤礅一起形成一个防护带；

（3）施工队人员每日对尾巷进行检查，如出现煤壁片帮及其他异常情况应及时进行二次维护，并清收巷道确保其能直接投入下区段工作面的使用。

4　结束语

尽管沿空留巷技术的优点在矿井可持续发展方面非常显著，但在技术推广方面仍然有限，主要原因在于支护技术研究不足，支护强度不高，对巷道安全保障力度不足。目前的支护结构都存在着一些不确定因素，尤其是急倾斜煤层围岩力学参数的变异性很大，地质条件复杂，有时还多变，因此相关研究还需进一步深入。

[1]文志杰, 蒋宇静, 宋振骐, 等. 沿空留巷围岩结构灾变系统及控制力学模型研究[J]. 湖南科技大学学报: 自然科学版, 2011, 26(03): 12-16.

[2]刘坤, 张晓明, 李家卓, 等. 薄煤层坚硬顶板工作面沿空留巷技术实践[J]. 煤炭科学技术, 2011, 39(4): 17-20.

[3]卢小雨, 华心祝, 赵明强. 沿空留巷顶板下沉量计算及分析[J].采矿与安全工程学报, 2011, 28(1): 34-38.

[4]冯志祥. 对煤矿开采沿空留巷支护技术的对策分析[J]. 中国市场, 2011(19): 171.

[5]赵真洪, 王炎冰. 新型支护技术在沿空留巷中的应用[J]. 煤炭技术, 2007, 26(8): 133-134.

Methods of Gob Entry in Steep-inclined Coal Seam

ZHANG Wan-chuan
(Binlang Coal Mine in Sichuan Coal Group Da Zhu Company, Dazhou, Sichuan, 635065, China)

Under complicated geological conditions, technique of gob entry without coal seam faces thorny issues, especially research on necessary protection. Analysis and research on gob entry in steepinclined coal seam, especially by means of main protection form, technique characteristics, safe protection measures, and resistances from protection, are carried out aiming to obtain further understandings from the aspect of protection theory, as to provide practical value for coal mining techniques in China.

Steep-inclined Coal Seam; Protection Structure; Gob Entry; Safe Protection

TB121

A

2095-8412 (2016) 05-973-03工业技术创新 URL: http://www.china-iti.com

10.14103/j.issn.2095-8412.2016.05.039

张万川(1980-)，男，汉族，重庆梁平人，本科，工程师。研究方向：煤矿安全。