唐安煤矿沿空留巷支护技术研究

潘 峰

（山西兰花科技创业股份有限公司山西省晋城市048000）

0 引言

沿空留巷技术具有可实现无煤柱开采、提高回采率、优化矿井通风方式和提高采掘效率等优势。而沿空留巷时由于巷道一侧临近采空区，给巷道的支护带来了一定的困难[1-3]。为此，需对沿空留巷支护技术进行研究，提高沿空留巷的施工效率和安全性[4-5]。

1 工程概况

唐安煤矿位于高平市马村镇境内，目前，唐安煤矿正在开采三盘区，为提高采掘效率，降低煤矿生产成本，决定在三盘区3307工作面进行沿空留巷，将3307工作面的轨道巷保留下来，作为相邻工作面的皮带巷。3307工作面轨道巷老顶坚硬不易垮落，沿空留巷支护难度较大。

2 沿空留巷切顶卸压技术

在进行沿空留巷道时，若采空区上覆老顶强度较高，无法断裂，则可形成悬顶现象。在矿山岩层控制中，我们可把这种强度高、完整性好的老顶称为关键块。老顶关键块悬顶，可增加巷道上覆荷载，引起保留巷道的围岩支护阻力变大，给沿空留巷的支护带来一定的困难。可采用切顶卸压技术对关键块进行卸压处理。煤矿巷道顶板切顶卸压一般采用爆破法，在进行爆破切顶卸压时，应根据巷道围岩力学参数进行爆破参数设计，并选择合理的起爆方式。预裂爆破切顶卸压技术原理图如图1所示。结合唐安煤矿3307工作面沿空留巷顶板特性，对预裂爆破切顶卸压技术参数设计如下：

（1）爆破器材：φ60×480 mm三级煤矿许用乳化炸药，煤矿许用8号瞬发电雷管；

（2）孔网布置：平行布置方式，炮孔直径75 mm，倾角70°，长度11.5 m，间距1.5 m；

（3）装药参数：单孔装药量16.2 kg，装药长度5.76 m，封孔长度5.74 m（图2）；

（4）爆破方式：串联起爆。

图1 预裂爆破切顶卸压技术

图2 炮孔装药结构

切顶卸压时首先在超前工作面50 m外，施工预裂钻孔，在超前工作面30 m～50 m范围内（根据施工和工作面推进情况实时调整），进行钻孔预裂爆破，每次起爆5个钻孔，形成切顶缷压预裂切缝线。待工作面推过后，及时采用围护支架沿切缝线挡矸，浇筑柔模混凝土墙体隔绝采空区，保证巷道稳定。

3 沿空留巷支护设计

锚杆（索）支护技术是目前岩土支护领域最为常用的技术之一，煤矿领域锚杆（索）支护理论可分为三大类：悬吊理论、组合梁理论和挤压加固作用，锚杆（索）作用于巷道围岩后可降低围岩中拉应力的分布范围，避免巷道围岩发生离层、开裂等现象，提高围岩的整体性和稳定性。

3.1 巷道围岩支护设计

临近采空区一侧的围岩支护，即巷旁支护，有效的巷旁支护可隔离采空区有毒有害气体、优化巷道断面的支护压力。结合锚杆（索）支护理论，考虑沿空留巷道的后期使用要求，并结合唐安煤矿的实际地质力学参数，经研究决定在3307工作面预留巷道采用“锚杆+锚索+金属网+柔模混凝土+锚栓”的综合支护方案。支护参数如下：3307工作面沿空留巷顶板采用φ21.6×8 300 mm锚索与φ20×2 200 mm高强锚杆，锚索间排距离为1 800×900 mm，锚杆间排距为900×900 mm；巷内帮采用φ20×2 200 mm的高强锚杆，锚杆间排距与顶锚相同；为隔离采空区的有害物质，巷旁支护采用强度等级C30的柔模混凝土与φ20×1 550 mm的高强螺纹钢，锚栓间排距为900×750 mm；金属网采用网孔尺寸为50×50 mm的菱形金属网。3307工作面沿空留巷支护断面图如图3所示。

图3 沿空留巷支护断面图

3.2 待浇筑空间围护设计

在巷旁支护浇筑C30柔模混凝土前，需采用围护支架（图4）为待浇空间提供良好的作业环境，同时，改善沿空留巷的围岩应力分布。因此，围护支架需满足以下条件：

（1）满足支护强度要求，加强切顶效果，支护强度1.2 MPa以上；

（2）能适用工作面轨道巷沿空留巷的挡矸要求，采空区行走，稳定性好；

（3）可以自行移动，与工作面支架不连接；

（4）可以机械化安装柔模；

（5）满足每天最大10 m的回采推进要求；

（6）满足柔模混凝土沿空留巷的工艺要求；

（7）具备手动、电液和遥控控制功能。

图4 维护支架整体效果图

唐安煤矿3307工作面沿空留巷待浇筑空间围护支架由两组四架组成，两架为一组。围护支架位态是指围护支架在某个时间处于的位置和状态。生产班割第一刀煤后，采空区侧支架首先前移挡矸，靠墙侧支架原位不动。沿空留巷围护支架主要技术参数见表1。

表1 沿空留巷围护支架的主要技术参数

需要说明的是，巷旁支护采用的C30的柔模混凝土的浇筑工序处于围护支架布置完成之后，柔模混凝土采用自下向上的浇筑顺序，为避免浇筑大体积混凝土可能产生的裂缝问题，每次浇筑高度900 mm，最后一次浇筑高度为500 mm，每次浇筑长度11 m，上一层的混凝土需等下层混凝土终凝后进行浇筑，浇筑前对下层混凝土做剔层处理，增加分层之间的粘合度。

3.3 临时加强支护设计

当沿空留巷经过复杂地质构造区或采动剧烈影响区时，可采用临时加强支护保证沿空留巷的作业安全。考虑3307沿空留巷的实际情况，在3307沿空巷道采用一梁四柱进行临时加强支护。3307工作面沿空留巷临时加强支护设计断面图如图5所示。

图5 沿空留巷临时加强支护断面图

4 围岩位移观测

为考察3307工作面沿空留巷支护效果，沿空巷道内距工作面每隔30 m布置围岩位移测量仪,结果见6。

图6 沿空留巷围岩位移监测

由图6可知，在3307工作面沿空留巷采用“锚杆+锚索+金属网+柔模混凝土+锚栓”的综合支护技术后，巷道围岩位移得到有效控制，两帮移近量和顶板下沉量最大值分别为35 mm和25 mm，围岩位移量较小，均在可控范围。

5 结论

（1）以唐安煤矿三盘区3307工作面需将轨道巷保留，作为临近工作面的皮带巷为工程背景，介绍了沿空留巷切顶卸压技术，并对3307工作面沿空留巷预裂爆破卸压参数进行了选取；

（2）阐述了锚杆（索）三大支护理论，提出在3307工作面沿空留巷采用“锚杆+锚索+金属网+柔模混凝土+锚栓”的综合支护技术，对待浇筑空间围护和临时加强支护进行了设计，监测了沿空留巷的围岩位移量，结果表明，在3307工作面沿空留巷采用“锚杆+锚索+金属网+柔模混凝土+锚栓”的综合支护技术后，围岩应力分布得到有效改善，围岩位移量较小，处于可控范围之内，保证了工作面巷道围岩的顶板安全。