郭庄煤矿3308工作面沿空留巷支护设计研究与应用

申 军

（山西潞安郭庄煤业有限责任公司，山西 长治046100）

0 引言

郭庄煤矿3308工作面东部是还未回采的3307工作面，西部是还未回采的3309工作面，南部是三采区回风大巷，北部是二采区回风大巷[1]。3308工作面整体走向长2 178 m，倾向长205 m，倾角约18°。

1 地质概况

3308工作面位于3号煤层，属于二叠系山西组地层中下部，煤层总厚度为6.15 m，属稳定可开采煤层，煤层是南北走向，倾角0°～16°，煤层坚固性系数为0.4～0.6，煤质是贫煤，具有特低硫、特低磷、中灰、热稳定性好、特高热质的特点，黑色、光亮型，煤层下部为粉末状，夹矸为砂质泥岩，煤层埋藏深度为382～425 m。工作面的平面布置图如图1所示。

图1 工作面布置图

2 支护设计

2.1 巷旁支护设计

3308工作面皮带顺槽总长度为2 178 m，皮带顺槽沿空留巷可作为未回采3309工作面轨道顺槽使用。受陷落柱的影响，3308工作面皮带顺槽前104 m不进行柔模墙留设，自3309工作面切眼处开始浇筑柔模水泥墙[2]，沿空留巷总长度为1 490 m。根据矿井条件以及皮带顺槽沿空留巷的施工要求，设计3308工作面皮带顺槽留巷宽度为4 300 mm，净宽4 100 mm，巷旁支护宽度为1 500 mm。根据计算结果，确定3308皮带顺槽巷旁支护体采用三维纺织结构水泥浆，以柔性模板和对拉锚栓作为增强体，水泥浆作为基体的复合材料。

采用煤矿用的柔性模板，主要包括内部拉筋和外部加筋纤维布[3]，外形与支护体相同，是支护体的预成型体，上方设有自闭灌注口和固定装置，具有轻质量、高强度、施工方便等特性，采用强度等级为M40的自密实、早强、高强的水泥浆。

使用ϕ22 mm的左旋无纵筋螺纹钢筋，钢号为500，在杆体的两端都设有M22的螺纹，采用滚压加工成型工艺，螺纹的长度150 mm以上，杆体的长度比墙体厚度大250 mm，具体的锚栓结构如图2所示。

图2 螺栓结构图

采用拱形高强度托盘，配套使用球形垫和减阻尼龙垫圈，托盘尺寸是150 mm×150 mm×12 mm，拱形高度大于36 mm，托盘的承载能力在23 t以上，螺帽厚度大于32 mm，每排布置5根锚栓，间排距750 mm×550 mm，全部垂直于墙面安设，墙体成型3 d后，在留巷内通过扭矩扳手给锚栓施加300 N·m的预紧扭矩。采用ϕ16 mm钢筋焊接而成，钢筋钢带根据柔性模板尺寸主要加工4种规格，分别为长2、3、4、3.5 m，沿空留巷支护断面如图3所示。

图3 皮带顺槽沿空留巷支护断面图

2.2 待浇筑空间围护设计

在巷旁支护施工前，首先要先对顶板的临时支护范围进行确定，这个范围就是待浇筑空间，待浇筑空间范围越大，巷道顶板的稳定性就越差，涌入留巷内有害气体和矸石等数量也就越多。主要包括端头区围护、采空区围护和待浇筑空间支护3个方面。

端头区围护是指当过渡支架所在位置的顶板上具有锚网支护结构时，回采过程中需要在顶梁上部背足木梁，木梁轴向与工作面煤壁平行，通过木梁支护顶板，严禁支架顶梁直接作用顶板，确保支架升降、移架过程中不破坏原有支护结构。采空区围护的目的是防止生产期间采空区矸石涌入留巷内，工作面回采后顶板随采随冒，采空区矸石自溜到运输巷一侧，对沿空留巷施工不利，设计采用沿空留巷挡矸支架围护采空区[4]（见图4），满足沿空留巷工艺要求，安全可靠，综放支架前移后，沿空留巷挡矸支架同步前移，为沿空留巷创造安全作业空间。为了防止浇筑水泥浆墙体前，待浇筑空间的顶板过早下沉或垮冒，待过渡支架前移之后，待浇筑空间采用“一梁两柱”临时支护，π型梁长1 500 mm，临时支护间排距1 200 mm×600 mm，垂直与沿空留巷走向打设。

图4 挡矸支架围护支护示意图

2.3 临时加强支护设计

超前工作面不小于50 m范围内靠回采侧为“一梁一柱”，其余“一梁三柱”支护顶板，排距900 mm。滞后工作面“一梁四柱”临时支护，排距900 mm，钢梁距柔模墙50 mm。浇筑柔模1 d后拆除支模单体，打设滞后临时支护单体，单体支柱三用阀必须有配套的安全防护罩。皮带顺槽超前临时加强支护断面见图5，单体液压支柱型号为：DW40-350/110X，π型梁长度为3 700、1 000、4 000 mm。

图5 皮带顺槽超前临时加强支护断面图

3 应用分析

3308工作面回采和留巷采用沿空留巷支护技术后，监测巷道围岩的变形量，在皮带顺槽每隔30 m设置监测站，记录巷道两帮及顶底板的变形情况，根据监测结果，在工作面回采和留巷期间，皮带顺槽留巷后，巷道两帮的移近量在112 mm左右，顶底板的移近量在142 mm左右，保证了沿空留巷的稳定性，满足下个工作面的安全回采要求。

3308皮带顺槽沿空留巷支护成功后，3309工作面可减少回采巷道2 300 m；掘进综合费用约6 000元/m，则减少回采巷道可产生经济效益1 380万元。

4 结论

针对郭庄煤矿3308工作面皮带顺槽难支护的问题，根据矿井的地质条件，提出一种沿空留巷支护技术，结果如下：

1）从巷旁支护、待浇筑空间围护以及临时加强支护三方面进行支护设计，对巷旁支护体采用三维纺织结构水泥浆，对待浇筑空间围护采用沿空留巷挡矸支架和“一梁两柱”的支护方式，对临时加强采用单体和支架相结合的支护方式，以此提高沿空留巷支护的的稳定性。

2）在使用沿空留巷支护后，保证了沿空留巷的稳定性，同时减少回采巷道2 300 m，产生经济效益约1 380万元。

作者简介：

[1]尘兴邦，丁锴，姜子琦.沿空留巷施工与支护技术的应用研究现状［J］.世界有色金属，2019（16）：198.

[2]杨建忠.沿空留巷施工与支护技术现状分析［J］.能源与节能，2020（9）：142-143.

[3]钱志良，杨宏伟，高宏.变厚煤层沿空留巷支护技术[J].煤矿安全，2019，50（7）：124-129.

[4]毕延强.西铭矿42206工作面皮带巷沿空留巷支护技术研究[J]．煤矿现代化，2020（4）：179-181，184．