新景礦工作面巷旁充填沿空留巷支護技術應用

田曉龍

（華陽集團新景公司，山西 陽泉 045000）

隨著國民經濟的快速發展，我國的煤炭需求量和開采強度逐年增加，賦存條件優越的煤炭資源逐漸枯竭，為提高煤炭回收率，國內采礦專家提出了無煤柱開采技術。無煤柱開采技術主要包括沿空掘巷和沿空留巷。其中沿空留巷是將上個工作面回采巷道保留下來用作下個工作面使用，由于可以少掘進1條巷道，顯著降低下個工作面開拓成本，緩解礦井采掘接續緊張局面，同時回收了區段煤柱，提高煤炭回收率，具有顯著的經濟效益。沿空留巷一側巷幫為采空區，目前一般采用巷旁充填的方式進行支護，充填材料主要有柔膜混凝土、高水材料和井下矸石等[1-6]。新景礦3213第一輔助進風巷計劃采用巷旁充填沿空留巷的方式保留下來用作鄰近工作面回采巷道使用，以提高新景礦煤炭回收率、降低開拓成本，具有顯著的經濟效益。

新景礦3213工作面位于525水平二采區南翼中部，平均埋深470 m，工作面北方向為采區巷道，南方向為保護煤柱，東方向為7211采空區，西方向為3215工作面（未采），采掘工程平面如圖1所示。3215工作面開采3#煤層，據地質資料可知，工作面開采區域煤厚1.62～2.88 m，平均2.5 m。3#煤層結果簡單，屬中厚穩定可采煤層，煤層傾角平均6°；
煤層老頂為灰白色細粒砂巖，平均厚度4.61 m，局部沖蝕至下部巖層，與煤層接觸；
直接頂為灰黑色砂質泥巖，平均厚度1.25 m，局部受沖刷缺失；
直接底為黑色泥巖，平均厚度1.6 m，巖性硬而脆。新景礦3213工作面布置四條巷道，三條進風巷一條回風巷，形成三進一回的通風系統。根據工作面生產地質條件，為提高煤炭回收率，降低巷道開拓成本，計劃將第一輔助進風巷采用沿空留巷的方式保留下來用作下個工作面使用，試驗巷道掘進斷面為矩形，掘進寬度4.3 m，掘進高度2.7 m。

圖1 試驗巷道采掘工程平面

新景礦3213第一輔助進風巷采用沿空留巷支護技術，留巷前巷內采用錨桿+錨索+鋼帶+金屬網聯合支護，留巷后，巷旁采用柔膜混凝土墻支護，柔膜混凝土墻采用對拉錨栓+鋼帶+鋼筋網強化性能，同時采用錨索進行補強支護，采用單體支柱+π型梁進行臨時支護。

2.1 留巷前支護技術與參數

新景礦3213第一輔助進風巷留巷前采用錨桿+錨索+鋼帶+金屬網聯合支護，具體支護參數如下：

（1）錨桿：頂錨桿為規格?20 mm×2 400 mm的高強錨桿；
幫錨桿為規格?18 mm×1 800 mm的麻花錨桿；
頂、幫錨桿均配MSK2335及MSZ2360型藥卷各1卷；
頂錨桿間距780 mm，幫錨桿間距800 mm，排距均為850 mm，預緊扭矩均不低于300 N·m。

（2）錨索：錨索為規格?17.8 mm×7 200 mm的鋼絞線，間距2 340 mm，排距850 mm，每根錨索配1卷MSK2335型、2卷MSZ2360型 藥卷，預緊力不低于250 kN。

（3）頂板錨桿錨索呈排布置，每排布置4根錨桿、2根錨索，頂錨桿索采用長度4 200 mm的W鋼帶成排連接，幫錨桿采用長度1 300 mm的W鋼帶成排連接。

（4）金屬網：巷道頂部及兩幫均鋪設金屬網，頂網規格4.5 m×0.95 m，幫網規格2.5 m×0.95 m。

留巷前巷道支護如圖2所示。

圖2 留巷前巷道支護

2.2 充填沿空留巷支護技術與參數

新景礦3213第一輔助進風巷留巷后巷旁采用柔膜混凝土墻支護，柔膜混凝土墻采用對拉錨栓+鋼帶+鋼筋網強化性能，同時采用錨索進行補強支護，采用單體支柱+π型梁進行臨時支護，具體支護參數如下：

（1）柔膜混凝土墻：留巷后巷道寬度為4.5 m，柔膜混凝土墻采用寬1.2 m、高2.7 m、長2.0 m的柔模支設，采用標號C30混凝土筑墻，墻體厚度1.2 m，設計澆筑后的墻體強度不低于C30。柔膜混凝土墻采用對拉錨栓+鋼帶+鋼筋網強化性能，對拉錨栓采用?20 mm高強螺紋鋼制作而成，長度1 300 mm，間距750 mm，排距1 000 mm，采用W鋼帶成排連接，預緊扭矩不低于150 N·m，表面鋪設鋼筋網片，具體支護如圖3所示。

圖3 柔膜混凝土墻支護

（2）采用錨索進行補強支護，補強錨索布置兩排，一排布置在巷內頂板，距混凝土墻0.3 m施工，另一排布置在采空區頂板，距混凝土墻0.2 m施工，錨索為規格?17.8 mm×7 200 mm的鋼絞線，排距850 mm，預緊力不低于250 kN。

（3）采用單體支柱+π型梁進行臨時支護，工作面前方30 m至后方100 m進行臨時支護，單體型號DW28，π型梁長度4.0 m，棚距1.0 m。

留巷后巷道支護如圖4所示。留巷過程如圖5所示。

圖4 留巷后巷內支護

圖5 留巷過程

將設計的巷旁充填沿空留巷支護技術在新景礦3213第一輔助進風巷進行工業試驗，同時，監測了留巷過程中的圍巖變形，3213第一輔助進風巷留巷時期圍巖變形情況如圖6所示。

圖6中試驗巷道留巷后其變形可分為三個階段：第一階段為緩慢變形階段，為工作面后方0～20 m范圍內，該階段留巷主要受基本頂回轉下沉作用，巷道圍巖變形量相對較小，圍巖變形速度也相對較小，該階段頂底板累計變形量69 mm，兩幫累計變形量28 mm，變形速度最大8.5 mm/d。第二階段為快速變形階段，為工作面后方20～60 m范圍內，該階段基本頂回轉破斷，留巷主要受覆巖劇烈活動影響，巷道圍巖變形量、變形速度急劇增加，該階段頂底板累計變形量208 mm，兩幫累計變形量165 mm，變形速度最大22 mm/d。第三階段為緩慢變形—穩定階段，為工作面后方60 m范圍外，該階段覆巖活動基本穩定，巷道變形速度大幅度降低，巷道圍巖逐漸穩定；
工作面后方100 m范圍外，巷道圍巖變形速度趨近于0 mm，巷道處于穩定狀態，巷道穩定后。以上三個階段頂底板累計變形289 mm，兩幫累計變形206 mm，整體看巷道變形較小，均在可控范圍內，表明巷旁充填沿空留巷支護技術的合理性和可靠性。

圖6 3213第一輔助進風巷圍巖變形情況

為提高煤炭回收率、緩解礦井采掘接續緊張局面、降低巷道開拓成本，基于新景礦3213工作面生產地質條件，采用了巷旁充填沿空留巷支護技術。新景礦3213第一輔助進風巷采用沿空留巷支護技術，留巷前巷內采用錨桿+錨索+鋼帶+金屬網聯合支護，留巷后，巷旁采用柔膜混凝土墻+對拉錨栓+鋼帶+鋼筋支護，巷內采用錨索補強支護、單體支柱+π型梁臨時支護。工業性試驗結果顯示，留巷穩定后，頂底板累計變形289 mm，兩幫累計變形206 mm，整體看巷道變形較小，均在可控范圍內，表明巷旁充填沿空留巷支護技術在新景礦是合理、可靠的。