沿柔模混凝土墙掘巷无煤柱开采技术应用研究

李庆亮

（山东宏阳矿业有限公司，山东 济宁 272400）

沿空掘巷是煤矿井下开采常用的巷道掘进技术之一[1]。沿空掘巷可实现无煤柱护巷，减少巷道掘进量，缩短采掘交替时间，是煤矿开采技术的一项重大革新，具有显著的技术和经济优势[2-3]。然而，当矿井地应力较大时，沿空掘巷矿压显现明显，需采用一定的巷旁支护。因此，研究沿柔模混凝土墙掘巷无煤柱开采技术具有重要的工程价值[4-5]。

1 工程概况

山东宏阳煤矿12煤一采区，从西至东分别为12101、12102、12103工作面。12102工作面西侧紧邻12101工作面轨道顺槽，东侧紧邻12102工作面运输顺槽，工作面主采12层煤，煤层均厚2 m。12煤一采区综采工作面布置如图1。

图1 12煤一采区综采工作面布置

沿柔模混凝土墙掘巷无煤柱开采是在12101工作面轨道顺槽沿副帮浇筑一道柔模混凝土墙体，紧贴柔模混凝土连续墙掘进12102工作面轨道顺槽，实现无煤柱开采。沿砼墙掘巷无煤柱开采技术原理如图2。

图2 沿砼墙掘巷无煤柱开采技术原理

2 12102工作面沿墙掘巷支护及施工

2.1 沿墙掘巷施工

12102工作面轨道顺槽作为12102综采工作面进风及辅运巷道，掘进采用连续采煤机及其配套设备单巷掘进。巷道通风采用FBDV-№7.1/2×45局扇及Ф800 mm风筒远距离供风。连续采煤机截割工艺流程如下：

（1）切槽。进刀位置选择在巷道左侧，沿激光指向仪的导向（左侧3.2 m）为标准进行施工，从底板进刀，掘进一个循环深度后退机。

（2）采垛。完成切槽工序后，将连采机调至巷道另一侧，当巷道设计宽度为5.0 m时，沿激光右侧1.8 m为标准（巷道设计宽度为4.0 m时，沿激光右侧0.8 m为标准）来确定位置，开始割剩余部分的煤。切槽和采垛工艺流程如图3。

图3 连采机切槽、采垛工序示意图

2.2 支护参数

12102轨道顺槽（沿墙掘巷）掘进工作面为矩形巷道。其中12102轨道顺槽（沿墙掘巷）临近12101综采工作面采空区，顶板受采空区及回采采动影响较大，需加强巷道顶板支护管理。

12102轨道顺槽采用“钢筋网片+螺纹钢锚杆+Ω型钢带+锚索”联合支护。锚杆支护为5根/排，排距1 m；锚索支护为3套/排，排距2 m，锚索与Ω型钢带联合加强支护。12102轨道顺槽与12煤辅助进风巷交叉段巷道宽度超过8.0 m区域，应在扩帮处补打锚索及架设木垛进行补强支护。

12102轨道顺槽与12101轨道顺槽原有硐室贯通后，割坏的网片及锚杆应及时处理和补打，按照设计加固支护。遇到顶板破碎带、离层、裂隙处及冲刷等复杂地质构造地段，必须严格执行“短掘短支”措施，锚索必须紧跟到掘进工作面正头，加强顶板支护管理。当掘进工作面锚杆、锚索达不到设计锚固力，应及时根据生产实际中顶板状况考虑采取加密支护或变更支护间排距等措施加强支护，严防冒顶事故发生。

掘进期间，12102轨道顺槽巷道正帮必须挂设塑料网，帮网支护紧跟至破碎机后方。若工作面遇到煤壁酥松破碎、较大裂隙发育及炸帮等片帮严重段，必须在巷道正帮自上而下挂设两茬塑料网（若掘进期间帮部片帮不严重，只施工上帮网，待巷道全部掘进完毕后再施工下帮网；若掘进期间帮部片帮严重，需上下帮网一起施工）。帮锚杆采用Φ18 mm×1600 mm玻璃钢锚杆，矩形布置，2套/1.5 m，间距1.3 m。沿混凝土墙掘巷支护图如图4。

图4 沿混凝土墙掘巷支护图

2.3 巷道支护参数校核

（1）锚杆长度校验

顶锚杆长度应满足：

式中：L为锚杆总长，m；L1为锚杆外露长度，m；L2为锚杆有效长度，m；L3为锚杆锚固长度，m。

L2按式（2）、式（3）计算：

式中：B、H为巷道掘进宽度和高度，B=5.4 m，H=3.4 m；f为顶板岩石普氏系数；w为两帮围岩的内摩擦角，（°）。

故：f=3时，L2=b=B/2f=5.4/（2×3）=0.9 m；Lf=3=L1+L2f=3+L3=0.05+0.9+0.6=1.55 m；

f=4时，L2=b=B/2f=5.4/（2×4）=0.68 m；Lf=4=L1+L2f=4+L3=0.05+0.68+0.6=1.33 m。

根据上述计算得出：L＞Lf=3，L＞Lf=4，故：所选锚杆L=2.1 m能够满足计算要求。

（2）锚杆间排距

锚杆间排距校核公式如下：

式中：a为锚杆间距，m；Q为顶锚杆的承载力，kN；r为岩体容重，kN/m3；k为安全系数。

锚杆长度为2.1 m时，L2=L-L1-L3=1.45 m；计算得a=1.16 m，故锚杆间排距取1 m符合要求。

3 巷道围岩移近量及锚索阻力观测

3.1 围岩移近量测点布置及观测结果

截止掘巷贯通，共设置42个巷道围岩移近量观测测点，选取38个数据较多的测点绘制顶板及两帮移近量如图5。

图5 巷道顶底和两帮最大移近量

由图5可得：巷道顶板最大移近量为100 mm，两帮最大移近量为98 mm，顶板和两帮移近量均较小，可见沿空掘巷巷道围岩位移量在可控范围之内。

3.2 锚索测力计观测及结果

锚索测力计量程400 kN，打设锚索后张拉之前将测力计安装好，共安装三组锚索测力计。选取一组测力计观测结果如图6。

图6 锚索测力计观测结果

从图6可以看出，2号测力计所在的锚索工作阻力最大，达153 kN，相比张拉时的初始读数增加了75.9 kN。5号测力计所在锚索工作阻力最小，为52 kN。距工作面后300 m，锚索阻力逐渐趋于稳定。

4 效果

4.1 经济效益

12102工作面使用沿柔模混凝土墙掘巷无煤柱开采技术，取消了15 m的护巷煤柱2个，12煤多回收煤炭资源约3万t。按吨煤利润150元计算，可多创造利润450万元；按50 m布置一个联巷，少掘联巷约14个，约210 m，少打密闭28道，联巷掘进支护按3600元/m，每个联巷1道密闭，每道密闭按4000元计算，共计节省86.8万元。单个工作面综合效益达536.8万元。

4.2 社会效益

沿柔模混凝土墙掘巷无煤柱开采技术，利用1 m厚的柔模混凝土墙体代替了15 m的煤柱，提高了资源回收率。柔模无煤柱开采沿空留巷和沿墙掘巷技术首次应用在综采孤岛工作面，为其他类似工程条件的无煤柱开采提供了实践经验，为进一步优化和完善无煤柱开采技术提供了实践经验，丰富和扩大了柔模无煤柱开采技术的技术理论和应用范围。