南岭煤业无巷旁充填体沿空留巷技术应用研究

杨国平

（阳煤集团南岭煤业有限责任公司，山西 阳泉 045000）

1 工程概况

阳煤集团南陵煤业有限公司现阶段正在进行5#煤层的采掘工作，5#煤层厚度一般在1.32.0m～2.96m，平均厚度2.25m，煤层变异系数为12.4%，可采指数为1，煤层倾角1°～22°，平均6°。即将进入回采阶段5212综采工作面处于5#煤层一水平二采区。工作面标高为+802m～+864m。工作面走向长度为740m，采长为174m，面积为113952.6m2。该工作面西部为北翼系统大巷，南部为5210工作面正在回采，北部为5214综采工作面（未掘），具体的巷道布置及位置详情如图1所示。工作面上部存在2#煤调查采空区、2206综采工作面（还未回采）。该工作面位于羊圈村东北部，工业广场西北部。距离北部矿界245m。地面标高为+1120～+1260m，工作面盖山厚度为270～400m，整体地势为西高东低的斜坡地形。南陵煤业5#煤层工作面采掘布置留设20m的区段煤柱，回采巷道在本工作面回采完毕后即废弃，造成了工作面采出率和巷道利用率低，矿井采掘接替紧张的问题，由于5#煤层采高较小，并且目前巷道围岩控制技术的成熟[1～2]，为提高工作面采出率、巷道利用率，设计在5212工作面应用无巷旁充填体沿空留巷技术，将5212轨道运输顺槽保留下来为5214工作面所用。

图1 5212工作面回采巷道布置图

2 5212轨道运输顺槽掘进支护

南陵煤业5212轨道运输顺槽巷道断面为矩形，巷道断面为宽×高＝4200×2500mm，掘进时采用锚网索进行支护，顶板锚杆规格为Ф20×2000mm左旋无纵筋螺纹钢树脂锚杆，锚杆间排距为900×800mm，锚杆之间通过由直径为16mm的圆钢加工制成钢筋梯子梁进行联结，靠近两帮的锚杆向外侧倾斜15°安装，其余垂直顶板施工，锚杆托盘采用与梯子梁配套的150×143×8mm高强度托盘，金属网片采用由直径4mm铁丝制成的经纬网，锚固剂为一支MSZ2360中速树脂药卷，预紧扭矩 250N·m，锚固力 20t。顶板锚索采规格为Ф17.8×4250mm的低松弛预应力钢绞线，采用“1-1-1”迈步式布置方式，锚索排距为2400mm，锚固剂采用MSK2360、MSZ2360树脂锚固剂各一支，均垂直顶板安装，安装预紧力不小于80kN。

两帮支护锚杆采用Ф18×2000mm全螺纹左旋等强锚杆，锚杆间排距为700×1000mm，同排锚杆间通过GRT-M4钢带联结，钢带尺寸长×宽×厚=4200×173×4mm，锚杆托盘采用与钢带配套的150×143×8mm高强度托盘，金属网片采用由直径4mm铁丝制成的经纬网，锚固剂为一支MSZ2360中速锚固剂，每排四根锚杆均垂直煤壁安装，最下部一排锚杆距离底板200mm，金属网片采用8#勾花式菱形金属网，网片规格长度×宽度=2700×1200mm，网片之间搭接宽度不小于100mm，并用10#铁丝进行绑扎。

图2 5212轨道运输顺槽掘进支护方案

3 5212轨道运输顺槽采前加固

南岭煤业5212工作面回采前对5212轨道运输顺槽进行加固，顶板加固采用单体锚索和锚索梁，①在顶板巷道中心线对应的位置，两排锚杆之间补打一根直径为17.8mm，长度为4250mm的单体锚索，锚索托盘采用边长300mm、厚度为15mm的方形托盘，锚固剂采用MSK2360快速锚固剂和MSZ2360中速锚固剂各一支，安装的预紧力不小于100kN。②在距离两侧巷帮为400mm和680mm的位置，分别布置一道锚索梁，锚索安装时向外侧倾斜25°左右，锚索梁采用长度为2600mm的14#槽钢，锚索间距离为2100mm，锚索的锚固方式与补强单体锚索相同。补强后顶板支护详情如图3（a）所示。非回采侧（煤柱侧）加固形式如图3（b）所示，锚索采用规格为Ф17.8×4250mm的低松弛预应力钢绞线，锚索梁采用14#槽钢，梁长2.6m，锚索孔之间间距为2.1m，加鼓形小垫板，规格80×100×10mm，锚索均垂直煤壁施工，靠上的一排锚索梁距离巷道顶板500mm，下部的锚索梁距离巷道底板1000mm，每个锚索梁压三根钢带，锚固剂采用MSK2360快速锚固剂和MSZ2360中速锚固剂各一支，安装时预紧力不小于80kN。

图3 5212轨道运输顺槽采前补强支护

4 5212工作面回采期间留巷辅助支撑设计

南岭煤业5212轨道运输顺槽留巷期间巷内辅助支护详情如图4所示，在没有巷旁充填体的情况下进行工作面的回采，巷道顶板的支撑主要依赖三排单体液压支柱提供的强力支撑，单体液压支柱超前工作面30m开始布设，靠近采空区侧的支柱距采空区约450mm，靠近巷道中心线的支柱距离巷道中心线1050mm，靠近非回采侧煤壁的单体支柱距离巷道中心线1000mm，靠近采空区的单体柱支柱通过十字铰接顶梁连接，底部穿复合铁鞋连成一体，单体支柱间排距为600mm，安装单体液压支柱时要求初撑力不小于90kN，设置3～5°的迎山角。为避免工作面回采后，上部垮落破碎的岩石对单体液压支柱进行冲击、挤压，采用工字钢梁配合1.0×4.0m的8#金属菱形网片的形式进行护帮，采空区隔离通过在挡矸网外的巷内侧挂设土工布，并喷涂3～5cm厚的化学柔性材料防止采空区瓦斯泄露或漏风。

图4 5212工作面回采期间辅助支撑

5 5212轨道运输顺槽沿空留巷期间矿压观测

5.1 5212轨道运输顺槽在工作面回采前围岩位移特征

5212轨道运输顺槽成巷以后，对其全长740m进行围岩位移情况的监测，5212工作面联络巷为5212轨道运输顺槽里程740m处。根据现场监测的数据整理后得到如图5所示的结果，根据巷道围岩的破碎情况及控制效果可将其进行分类[3～4]，I类，正常巷段：巷道顶板完整，无明显网兜、片帮，顶板无明显下沉；II类，围岩轻度破碎巷段：巷道顶板表明凹凸不平，出现网兜、轻微片帮等现象，顶板略微下沉；II类，围岩严重破碎巷段：由于断层、地下水等因素的影响，巷道内部表现有台阶，顶板和两帮锚索出现拉断脱落的现象，顶板出现冒顶，两帮片帮严重。根据图5所示的现场观测结果，5212轨道运输顺槽成巷后I类累计长度约为460m，占总长的62.2%；II类累计总长度为240m，占巷道总长的32.4%；III类累计总长度约为40m，占巷道总长度的5.4%。由此可知，留巷前5212轨道运输顺槽围岩稳定性良好。

图5 5212轨道运输顺槽巷道宽高图

5.2 5212轨道顺槽留巷中期巷道变形特征

在5212工作面推进长度达400m时，再次对5212轨道运输顺槽围岩的位移情况进行现场勘查，整理后得到如图6所示的结果。根据现场监测结果可以看出，采煤工作面后方及超前60m范围内围岩位移量较大，超前工作面60m范围内，即5212轨道运输顺槽里程250～310m区段内，巷道的顶底板相对移进量为300～500m之间，两帮收敛量在150～200mm之间，巷道的高度和宽度整体变化较小，巷道围岩支护情况稳定；工作面后方巷道里程300～700m区段内，围岩的位移量达到最大，顶底板移近量平均约为800mm，两帮相对移近量约为500mm，变形较大。至2018年9月，5212工作面回采完毕，留巷后期5212轨道运输顺槽围岩位移情况归为I～II类的共600m，成功留巷长度达640m，南岭煤业5212工作面无巷旁充填沿空留巷技术取得了阶段性成功。

图6 留巷中期5212轨道运输顺槽围岩收敛图

6 结论和建议

为解决兰南岭煤业矿井采掘接替紧张的难题，提高工作面煤体采出率、巷道利用率，设计在该矿的5212工作面进行无巷旁充填体沿空留巷技术，通过对其详细的支护参数进行设计研究及现场矿压观测，现场应用及监测结果表明取得了很好的支护效果，最终成功的沿空留巷长度达640m，使该矿减少了三个掘进工作面，消除了区段煤柱使每个工作面多采出12.45t煤炭资源，实现了5#煤层的无煤柱连续开采积累了丰富的生产实践经验。建议：留巷期间一定要加强单体液压支柱的管理，确保支柱垂直顶板或向采空区适当的倾斜，支柱出现倾斜要及时进行调整，保证巷道内辅助支撑具有足够的强度。