厚煤层综放工作面沿空留巷技术研究

关汉杰

（长治市上党区应急管理局，山西 长治 047100）

合理利用资源，实现绿色开采有利于煤炭企业实现可持续发展，沿空留巷无煤柱开采[1-2]则是提高煤炭资源回收率的重要途径之一，同时能够提升矿井经济效益，有助于实现矿井安全高效开采。

1 工程概况

雄山五矿W30803 工作面位于井田西北部，东侧为W308 运输巷，南侧为W30804 备用工作面，西侧为井田村庄保安煤柱，北侧为W30802 采空区。该工作面开采3 号煤层，煤层平均厚5.82 m，局部含一层0.1 m 夹矸，煤层平均倾角3°，埋深平均240 m。煤层直接顶为炭质泥岩，厚3.04 m；基本顶为细粒砂岩，厚6.6 m；底板为泥岩和粉砂岩。W30803 工作面切眼长200 m，进风顺槽长585 m，回风顺槽长600 m，采用综采放顶煤开采，割煤高度2.2 m，放煤高度3.32 m。为减少煤炭资源浪费，W30803 工作面进风顺槽进行沿空留巷作业，作为W30804 工作面回风巷使用。W30803 工作面进风顺槽沿煤层底板留顶煤掘进，掘宽4.8 m，掘高3.0 m。顺槽巷道采用“锚杆、锚索+钢筋托梁配 W 钢护板+工字钢”组合支护，顶板支护如图1。

图1 进风顺槽巷道顶板原支护图（mm）

2 沿空留巷方案设计

2.1 巷道补强支护

留巷要经历采动应力全过程影响。为了维护巷道顶板稳定，在W30803 工作面回采前采用锚索对进风顺槽顶板进行补强支护，如图2。

图2 进风顺槽顶板补强图（mm）

（1）支护形式

结合临近工作面矿压数据分析，考虑下个工作面采动后顶板垮落的问题，进风顺槽顶板锚索由基本的“3-2-3”支护形式补强为“4-3-4”的支护形式，即见3 补1 形成4、见2 补1 形成3。原支护锚索每排为2 根时，在距煤柱侧300 mm 处补打一根单点锚索；原支护锚索每排为3 根时，在距回采帮1500 mm 补打一根锚索，与原支护锚索在同一排，防止顶板沿墙体剪切。

（2）锚索支护参数

进风顺槽沿3 号煤底板留顶煤掘进，顶煤厚度2.82 m，直接顶为3.04 m 厚炭质泥岩，上部为6.6 m厚细粒砂岩。巷道顶板原支护锚索长8.3 m，进入稳定岩层，因此确定补强锚索长度同为8.3 m。采用三支锚固剂树脂加长锚固，预紧力不低于250 kN。

（3）护表支护

为了提高顺槽巷道顶板表面支护强度，防止因动压作用导致巷道顶板沿充填墙体出现剪切破坏，出现台阶下沉导致顶煤掉落，在巷道顶板靠近回采侧2.0 m 范围内，在原顶网的技术上增加一层菱形金属网进行补强加固。

2.2 预裂爆破切顶护巷

工作面回采后直接顶垮落，基本顶破断回转过程中会产生对留巷顶板的挤压力，导致留巷顶板受力增大，顶板稳定性降低，留巷围岩出现大变形，特别是巷旁支护体受集中应力作用，必将破坏，从而导致留巷的失败。因此，采用聚能爆破[3-4]的方法切断基本顶岩层，阻断采动应力传递，同时使垮落带岩层充满采空区，减小基本顶的回转变形是决定留巷成败的关键。

（1）爆破孔布置参数

在进风顺槽顶板距巷帮300 mm 布置一排爆破孔，爆破钻孔间距1000 mm，深度为18 mm，直径为60 mm，爆破孔倾角为75°，朝向采空区。

（2）装药参数

爆破孔深18 m，装药长度12 m，封孔长度6 m。采用孔底不耦合连续装药，聚能管定向爆破，聚能管外径为45 mm，内径为35 mm。孔内线装药密度为1.1 kg/m，单孔装药量为13.2 kg。采用装5 空1的方式，即连续5 个爆破孔装药，空1 个措施孔不装药，措施孔与装药孔间距为600 mm。采用串并联网络进行起爆，5 个装药孔为一组，单次起爆最多3 组15 个孔。为保证顶板安全，预裂爆破作业需在工作面顺槽巷道超前支护范围外进行，即超前工作面不少于30 m；同时在断层及围岩破碎带、陷落柱、顶板淋水区、瓦斯异常区等复杂地段及其前后各15 m 范围内禁止爆破。

2.3 巷旁支护

W30803 工作面进风顺槽采用柔模混凝土进行巷旁支护，以隔离采空区切断采空区顶板，并给留巷顶板提供支撑，如图3。

图3 柔模混凝土浇筑示意图（mm）

（1）浇筑空间维护

为了维护架后采空区顶板稳定，应采取以下措施：① 增加工作面机头过渡架尾梁千斤顶行程，以使尾梁升平后能与顶梁平齐，防止拉架后顶板垮冒或过度下沉；② 在工作面机头4 组排头架前铺设双层金属网，铺网宽度不小于12 m；③ 在机头1#和2#架支架打设架间补强锚索，参数与巷内补强锚索一致；④ 在机头1#和2 架后采空侧安设档矸支架，控制维护待浇筑空间顶板；⑤ 在挡矸架巷道侧打设点柱，间距为1000 mm。

（2）充填墙体构筑

柔模混凝土墙[5-6]位于顺槽巷道内，长3.2 m，宽1.2 m，高3.0 m，留巷宽度3.6 m。墙体充填材料采用C40 混凝土，在墙体内布置对拉锚栓，锚栓采用500 号左旋无纵肋螺纹钢制作，直径25 mm，长1400 mm，配套150 mm×150 mm×12 mm 高强托盘；锚栓间排距为750 mm×750 mm，每排5 根，共布置4 排。由于采空区顶板运动会对留巷内充填产生一个向采空区方向的水平拉力，导致充填墙体倾斜受力降低，因此，支挂模单体支柱需向巷内倾斜 3°～5°，以抵消采空区顶板水平拉力作用。根据工作面回采速度及矿压显现情况，单次浇筑混凝土墙以1 个为佳，不宜超过2 个。

（3）巷内临时支护

在进风顺槽超前工作面20 m 范围内，采用单体柱和π 型钢梁打设一梁三柱进行架棚支护，π型钢梁长3000 mm；棚子沿巷道轴向布置，第一排距工作面侧600 mm，第二排距第一排600 mm，第三排距第二排1300 mm，第四排距第三排1500 mm，梁内单体柱间距为1000 mm。在进风顺槽滞后工作面200 m 范围内布置三排架棚支护，第一排距充填墙体100 mm，第二排距第一排1500 m，第三排距第二排1500 mm。

3 留巷效果

为评价沿空留巷效果，对留巷内锚索受力、充填体受力和围岩变形进行观测。在工作面前方40 m处巷道变形逐步增大，在滞后工作面100 m 内巷道变形速度急剧增加，至工作面后方140 m 后巷道变形逐步趋于平稳。巷道锚索与巷道围岩变形规律基本一致，在滞后工作面约100 m 范围内，受力快速增加，150 m 后稳定，达到29.2 kN。充填体则是在滞后工作面15 m 后开始增加，随着工作面回采，充填体受力快速增加，约150 m 后趋于平稳，最大值19.6 MPa。整体来看，在补强支护、预裂切顶和充填体支护的共同作用下，留巷围岩稳定。

4 结语

沿空留巷能够减少矿井掘进工程量，缓解采掘衔接紧张局面，提高煤炭资源回收率，实现矿井绿色高效开采。采动应力是影响留巷围岩稳定的主要因素，预裂爆破切顶不仅可以切断采空区基本顶岩层，阻断采动应力传递，而且可使直接顶充分破碎充满采空区，给上部顶板以支撑，减弱其回转变形对留巷围岩的作用，加之顶板补强和巷旁柔模混凝土支护共同作用，得以实现巷道围岩稳定可控。雄山五矿W30803 工作面进风顺槽沿空留巷的成功实施，可为沿空留巷无煤柱开采技术在同类矿井推广提供参考。