新元煤矿巷旁充填沿空留巷控制技术与试验

韩纪周

（新元煤炭有限责任公司，山西 寿阳 045499）

矿井采掘接续问题日益突出，制约了煤矿的高效开采。为此，国内外专家技术人员进行沿空留巷技术的研究与实践，沿空留巷是指采用适当的巷内、巷旁支护技术，将沿采空区边缘的上工作面回采巷道保留下来用作邻近工作面使用，从而实现无煤柱开采。沿空留巷具有提高煤炭回收率、缓解矿井采掘接续紧张局面、降低巷道掘进量等优点，属于高效绿色的开采技术之一[1-5]。

1 工程背景

新元煤矿3108工作面西邻3107工作面（已采完），东邻3109工作面（正在掘进），北邻东回风巷、东辅运巷，南部未布置巷道。本工作面位于一水平，地面标高1 117.7～1 055.2 m，工作面标高592.4～703.6 m，埋藏深度419.2～469.7 m。3108工作面开采3#煤，3#煤层赋存稳定，结构较简单，煤层以亮煤为主，内生裂隙发育，煤层中一般含1～2层泥质夹矸，煤层平均厚度2.86 m。伪顶为高岭石泥岩，平均厚度0.23 m；直接顶为灰黑色砂质泥岩，平均厚度11.31 m；基本顶为细砂岩，平均厚度2.00 m；直接底为灰黑色泥岩，平均厚度0.8 m；基本底为灰色细砂岩，平均厚度4.52 m。3108工作面辅助进风巷采用巷旁充填沿空留巷工艺，巷道设计为矩形断面，掘进宽度4.8 m，掘进高度3.0 m，全长1494 m，沿3#煤层顶板掘进。

2 巷旁充填沿空留巷控制技术

2.1 巷内基本支护与补强支护技术

（1）巷内基本支护

巷内基本支护采用锚网索联合支护。顶、帮锚杆均采用规格为Φ20 mm×2400 mm的螺纹钢锚杆，顶板每排7根，帮部每排2根，间排距为0.8 m×0.8 m。顶板采用规格Φ17.8 mm×8300 mm的1×7钢绞线锚索进行加强支护，每排2根，间排距为1.6 m×0.8 m。锚杆与锚索同排布置，并采用3 mm厚的W钢带连接。锚杆配1支CK2380的树脂锚固剂，锚索采用1支S23120的树脂锚固剂。顶帮均铺设10#铁丝加工的菱形金属网，顶网规格5.0 m×0.8 m，帮网规格3.2 m×0.8 m。如图1。

图1 巷内基本支护与补强支护图（mm）

（2）巷内补强支护

超前工作面200 m范围采用锚杆+锚索进行巷内补强支护。顶板采用锚索补强，锚索规格为Φ17.8 mm×8300 mm的1×7钢绞线，每排3根，间 排 距 为1.75 m×1.6 m，配1支CK2350、2支Z2350树脂锚固剂。实煤体帮采用锚杆+锚索补强，在距底板300 mm处补打1根底角锚杆，锚杆规格为Φ20 mm×2400 mm的螺纹钢锚杆，配1支CK2350、1支Z2350树脂锚固剂，同时采用规格Φ21.6 mm×4300 mm的1×7钢绞线锚索补强支护，间排距为1.4 m×1.6 m，配1支CK2350、2支Z2350树脂锚固剂。

（3）巷内临时支护

滞后工作面100 m范围内，架设3排单体支柱+π型梁进行临时支护，间距为1.5 m。如图2。

图2 煤柱应力分布曲线

2.2 巷旁充填支护与顶板加强支护

（1）巷旁充填支护

巷旁充填材料采用高水材料，水灰比1.5:1，单个充填体尺寸3.2 m×2.0 m×2.8 m（长宽高），充填体内采用对拉锚杆进行加固，对拉锚杆采用Φ22 mm的螺纹钢，间排距0.75 m×0.8 m，对拉锚杆采用Φ14 mm圆钢焊接而成的钢梁成排连接，充填体表面铺设规格Φ6.5 mm钢筋焊接的钢筋网。

（2）顶板加强支护

工作面每推进0.8 m，采用锚杆+锚索对充填区域顶板进行加强支护，锚杆规格为Φ20 mm×2400 mm的螺纹钢锚杆，每排4根，间排距为0.8 m×0.8 m，配1支CK2350、1支Z2350树脂锚固剂，同时采用规格Φ17.8 mm×8300 mm的1×7钢绞线锚索进行加强支护，每排2根，间排距为1.2 m×1.6 m，配1支CK2350、2支Z2350树脂锚固剂。如图3。

图3 采空区顶板加强支护图（mm）

3 围岩控制效果分析

采用设计的巷旁充填沿空留巷控制技术在3108工作面辅助进风巷进行试验，同时，进行了矿压观测。

（1）巷道变形特征

图4为3108工作面辅助进风巷围岩变形曲线。由图可知，试验巷道留巷后在滞后工作面150～160 m时，巷道围岩逐渐稳定，留巷范围内，顶板下沉速度约6.92 mm/d，下沉量约281 mm，实煤体帮变形速度约13.93 mm/d，变形量约539 mm，充填体帮变形速度约2.98 mm/d，变形量约109 mm，底鼓速度约12.73 mm/d，底鼓量约469 mm，充填体帮同比实煤体帮变形显著减小，这是由于巷道围岩非对称形成承载的结果。

图4 试验巷道围岩变形曲线

（2）顶板补强锚索受力情况

图5为3108工作面辅助进风巷顶板锚索受力曲线。由图可知，滞后3108工作面90 m时，顶板补强锚索受力趋于稳定，锚索轴力在194.5 kN，远小于锚索的破断载荷（513.0 kN），表明顶板补强锚索存在富余的承载能力。图6为3108工作面辅助进风巷巷旁充填体与直接顶所受载荷情况。由图可知，充填体承受载荷在滞后3108工作面90 m时达到最大，最大值约12.8 MPa，之后随着滞后工作面的距离增加，充填体承受载荷逐渐缓慢降低。在滞后工作面145 m时，充填体承受载荷逐渐稳定，稳定后，充填体承受载荷约10.4 MPa。

图5 试验巷道顶板补强锚索受力曲线

图6 试验巷道充填体所受载荷曲线

综上所述，提出的巷旁充填沿空留巷控制技术在3108工作面辅助进风巷进行应用后，成功保留了3108工作面辅助进风巷，结合现场实际考察结果，沿空留巷围岩稳定控制效果良好。

4 结论

为缓解新元煤矿采掘接续紧张局面，3108工作面辅助进风巷采用沿空留巷方式保留下来，提出了巷旁充填沿空留巷控制技术，包括基本支护与补强支护及巷旁充填支护与顶板加强支护技术，设计了相关支护参数。技术应用后，进行了巷道矿压监测，综合巷道变形特征、顶板补强锚索受力、充填体承受载荷以及留巷现场情况，提出的巷旁充填沿空留巷控制技术成功保留了3108工作面辅助进风巷，留巷围岩稳定控制效果良好。