沿空留巷“卸压+柔模支护”控制技术的应用

刘志轩

（山西兰花科技创业股份有限公司大阳煤矿分公司，山西 晋城 048003）

沿空留巷作为一种创新型煤炭开采技术，在长壁回采工作面的布置中，取消区段煤柱，从而实现煤炭开采率的提升和巷道空间范围的扩大[1-2]。现有的沿空留巷对围岩维控技术的研究主要集中在巷道两侧的支护方面，但对顶板卸压和后期维护的研究较少。大阳煤矿3306 工作面由于距离采空区较近，在采掘期间巷道受采动影响较大，尤其在坚硬类型的围岩覆盖条件下，巷道顶底板的控制面临严峻的挑战[3-4]。

1 概况

大阳煤矿3#煤层结构简单，含有夹矸，硬度较大，煤层倾角在0°～15°之间，均厚5.59 m。目前开采的3306 工作面标高为+651～ +690 m。顶底板具体情况见表1。预计在工作面的回采过程中地面将产生一定裂隙，为保证最大塌陷度控制在1 m之内，根据沿空留巷最优跨高比额定计算，对运输顺槽留巷宽度取4.4 m。

表1 3306 工作面顶底板基本情况

2 沿空留巷围岩结构稳定性分析

在进行沿空留巷布置时，不同煤层的赋存条件各不相同，不同因素对巷道围岩的稳定性产生的影响程度也不尽相同[5]。如何针对各个因素进行重点处理，将直接影响到沿空留巷的最终效果。

采高、煤层厚度和巷道刚度协调关系是影响沿空留巷布置的关键因素。采高与煤层因素：当采高较大且直接顶较薄时，直接顶无法对采空区施加充分的能量，因此基本顶岩层的变形将会增加，对巷道两侧造成较高的压力。巷道刚度协调关系因素：当与墙体接触的顶底板岩层是非高强度岩体时，留巷的结构参数需要考虑跨高比、墙体的抗滑移能力等因素。

顶板、墙体和底板共同组成了巷旁的支撑系统，采场的来压强度直接与基本顶层位的高度和直接顶的岩层厚度密切相关。巷道的围岩环境直接决定了沿空留巷的设计方案，墙体与巷道的位置和尺寸的优化设计直接决定了其承载能力是否可以完全发挥。

3 沿空留巷

3306 工作面基本顶以细砂岩为主，较为坚硬，需采用预裂切缝强制爆破措施，切断工作面顶板应力传递，减弱巷道顶板压力，降低沿空巷道顶板悬臂梁上覆荷载以及旋转变形压力，减小岩梁传递到巷旁和巷内支护的荷载，从根本上改善巷道的力学环境。

3.1 沿空留巷的设计

3306 工作面运输顺槽留巷宽度为4.4 m，在一级顶板区巷旁支护宽度设置为1.5 m。工艺流程为：前期准备及安全检查→顶板支护→拆除相邻已浇模单体柱→底板清理→穿挂固定圆钢、单体柱支设柔模→穿对拉锚栓、托板并上好螺帽→穿入瓦斯抽采管路→单体柱与柔模中下部支设木模板→安装注料软管→启动砼泵开始注料→注料期间安全检查→注满浆后封口→拆管、清洗管路、整理现场。

3.2 沿空留巷的临时顶板支护

沿空留巷的顶板支护主要涉及到专用挡矸架的临时支护和单体柱的临时支护。

（1）单体柱临时支护

当采煤机割完机头拉移过渡架后，在过渡架后方（柔模前）使用1.6 mπ 型梁配单体柱临时支护（一梁两柱），排距900 mm，如图1。同时在横跨柔模位置顶部使用“W”型钢带进行补强支护，防止顶板下沉、离层，使浇筑的柔模墙体能主动支护顶板。

图1 3306 巷道断面支护示意图（mm）

（2）锚索网联合支护

每次割机头前，支护工在架前顶板铺设双层金属网，待工作面采煤机退刀、移过端头过渡架后，在顶网的保护下，在挡矸架前进行锚索加强支护，防止顶板下沉、离层。锚索规格Φ22 mm×8200 mm，间距1500 m，排距800 m，外露150～250 mm。

3.3 切顶卸压技术

沿3306 运输顺槽走向肩角布一排平行钻孔，距工作面煤帮0.2 m，炮孔长度15 m，炮孔直径Ф48 mm，炮孔倾角β=75°（偏向3306 工作面），装药炮孔间距0.5 m，每眼装药量5 kg，如图2。

图2 3306 运输顺槽切顶爆破示意图（m）

采用正向爆破，煤矿许用毫秒电雷管串联起爆，试炮时不采用延时爆破，考虑到巷道顶板稳定性，单次最多起爆6 个炮孔。当爆破参数调整合适后，视炮孔变形情况，采用毫秒延时爆破，但总延时不超过130 ms。

3.4 柔模混凝土支护

在坚硬顶板条件下，需要保证充填体不受破坏，因此需改变顶板的结构位态，对巷旁围岩进行控制。3306 工作面沿空留巷，采用柔模混凝土巷旁支护。柔模混凝土是一种特殊的复合材料，通过在柔性模板中填充混凝土制成。在实际案例中，柔模与混凝土将协同工作、优势互补，克服了二者单独使用时所出现的受力缺陷从而提高其承载能力。

柔模待浇筑空间支护形式为沿空留巷专用挡矸架临时支护、单体柱临时支护。每次采煤机割完机头拉移过渡架后，在过渡架后方（柔模前）使用1.6 mπ 型梁配单体柱临时支护（一梁两柱），排距900 mm；注模时对π 型梁和单体柱进行回收；同时在横跨柔模位置顶部使用“W”型钢带进行补强支护，防止顶板下沉、离层，使浇筑的柔模墙体能主动支护顶板，并用C40 混凝土进行浇筑。

3.5 留巷后支护

对运输顺槽留巷后，该段采用一梁五柱（4.2 mπ型梁）的方式加强支护，π 形梁沿巷道方向布置三路，单体柱每排3 根，排距为（900±100）mm，留巷后支护长度不小于300 m。所有单体柱必须成一直线，保证初撑力达标。

4 效果分析

3306 工作面运输顺槽实施“卸压-柔模支护”双重控制技术方案后，沿空留巷在维护全程中没有发生明显破坏。巷道在稳定后对顶底板和两帮围岩的位移情况进行了实测：顶板最大变形量≤0.51 m，底板位移量≤0.62 m，煤帮位移量≤0.35 m，满足使用需求。

5 结语

沿空留巷是无煤柱开采的基础技术，可以有效提高煤炭的采出率，但由于位处采空区边缘，在服务期间容易受到坚硬顶板的长期来压影响。通过预裂爆破可以超前对基本顶进行卸压，加速顶板破断运动并缓解留巷压力。在分析了留巷围岩结构特点之后，提出并实施了柔模混凝土巷旁支护方案，通过“卸压+柔模支护”的双重控制，大阳煤矿3306工作面运输顺槽围岩位移情况得到了有效控制。