曹 寬

（山西臨汾西山能源有限責任公司， 山西 臨汾 041000）

多年來，煤礦安全生產(chǎn)一直是備受關注的話題，其主要包括綜采工作面巷道的支護效果、工作面設備運行的安全性以及瓦斯、粉塵等易燃易爆的因素。其中，巷道支護是保證煤礦安全生產(chǎn)的基礎。沿空留巷開采技術是當前應用于煤炭開采的主流技術之一，該開采技術能夠有效減少巷道掘進的工作量、延長工作面服務年限以及能夠有效解決工作面瓦斯安全等問題[1]。因此，沿空留巷開采技術被廣泛應用。本文將以49407 工作面為研究對象，對其沿空留巷的支護工藝進行設計，并對其支護效果進行驗證。

1 工程概況

某礦46309 工作面走向長度為1 817 m、傾斜長度為 187.4 m、面積為 340 505.8 m2，傾角為 2°～11°，平均5°。該工作面所采9 號煤層裂隙發(fā)育，結構簡單，局部地段煤層下部夾0.2 m 的頁巖或炭質(zhì)頁巖，厚度變化不大，屬于穩(wěn)定煤層。

46309 工作面煤層頂?shù)装鍘r層情況如表1 所示。

最大涌水量25 m3/h，正常涌水量為0～5 m3/h。瓦斯絕對涌出量為2 m3/min，煤塵爆炸指數(shù)為21.33%，煤塵具有爆炸性；自燃傾向性等級為Ⅱ級，易自燃。

2 支護參數(shù)設計

2.1 支護設計

本文在結合實踐經(jīng)驗及理論計算的基礎上，46309 工作面的支護情況設計如下：

2.1.1 頂板支護

錨桿的規(guī)格為Φ18 mm×2 400 mm 的左旋螺紋鋼錨桿，每排錨桿的數(shù)量為6 根，錨桿的間距和排距分別為700 mm，定錨桿的預緊力最小為200 m。此外，頂板采用鐵絲網(wǎng)或鋼制托盤進行輔助支護。

表1 46309 工作面煤層頂?shù)装鍘r層情況表

2.1.2 實體幫支護

兩幫支護錨桿的規(guī)格為Φ16 mm×2 000 mm 的右旋螺紋鋼錨桿。此外，頂部錨桿與H 梁配合使用。為確?；A支護方案的支護效果，需錨桿相關的支護附件配合使用。錨桿支護附件類型及規(guī)格如表2所示。

表2 錨桿支護附件參數(shù)統(tǒng)計表

根據(jù)支護要求設定支護錨桿間的間距為1 000 mm，采用加長端頭錨固方式[2]。頂錨桿和幫錨桿均采用樹脂藥卷進行固定，不同的是定錨桿采用的兩種樹脂藥卷，規(guī)格分別為CK2350、Z2350；幫錨桿僅采用Z2350 樹脂藥卷進行固定。

2.1.3 采空側幫支護

采用金屬經(jīng)緯網(wǎng)對采空側幫進行支護，該金屬網(wǎng)的規(guī)格為1.2 mm×2.2 m，網(wǎng)片間搭接0.1 m，并采用鉛絲每隔0.2 m 雙絲扭結牢固。

2.2 沿空留巷支護參數(shù)設計

為保證沿空留巷巷旁的支護效果能夠滿足實際生產(chǎn)的需求，對其支護所需的填充材料的凝固時間、凝固后所能提供的支護強度及其可縮性提出了更高的要求。其中，支護強度主要確保其能夠阻止頂板的下沉，可縮性可確保其不會被破壞[3]。

經(jīng)對比分析，該工作面沿空留巷巷旁所采用的充填材料為高水速凝材料（ZKD）[4]。實踐表明，高水速凝材料不論從凝固后的支護強度還是從其可縮性等方面均能夠滿足實際生產(chǎn)的需求，確保巷道圍巖盡管出現(xiàn)了較大的變形但其充填材料不會被切斷。

充填材料強度的計算公式如下式所示：

式中：Eb代表充填材料的彈性模量；Ed代表沿空留巷直接頂?shù)膹椥阅Ｐ?；h 代表巷內(nèi)底板到老頂?shù)木嚯x；h1老頂回轉后接觸矸石的高度；l1代表沿空留巷內(nèi)關鍵塊體的超前斷裂位置；c 代表沿空留巷的寬度；d 代表巷旁充填材料的寬度；l 代表斷裂塊長；b 代表巷旁充填材料的高度，m 代表采煤機割煤的高度。

將該工作面的各參數(shù)代入上式中，得出滿足該工作面支護效果所要求充填材料的最小強度不得小于5.48 MPa。對于高水速凝材料而言，當其水灰比為1.5∶1.0 時所得充填材料的強度能夠滿足上述要求。

3 支護效果驗證

為驗證本文支護參數(shù)的支護效果，采用壓力檢測儀對頂板及充填體的受力情況進行監(jiān)測[5]。

3.1 頂板壓力變化情況

將壓力檢測儀每隔30 m 布置于單體柱上，對現(xiàn)場的壓力數(shù)據(jù)進行采集，得出如圖1 所示的監(jiān)測結果。

分析圖1 可知，在距離工作面20 m 左右的位置頂板壓力達到峰值，約為25 MPa；在距離工作面20 m 左右至120 m 左右的位置，頂板壓力處于相對平穩(wěn)好狀態(tài)，約為21 MPa；在距離工作面120 m 至250 m 的位置范圍內(nèi)，頂板壓力不斷降低，并于距離工作面250 m 處達到最小值；此后，距離工作面300左右的位置處壓力逐漸趨于穩(wěn)定，并維持在8 MPa左右。

圖1 頂板壓力變化情況

3.2 充填體受力情況

在充填體內(nèi)部埋設均勻埋設應力計，并對不同位置的應力值進行統(tǒng)計，得出如圖2 所示的應力情況變化曲線。

圖2 充填體應力變化情況

如圖2 所示，充填體內(nèi)部的應力隨著距離工作面距離的增大而不斷增加，隨著距離工作面80 m 以后充填體內(nèi)壓力逐步趨于穩(wěn)定，且其應力最大值不超過4 MPa。說明，隨著工作面頂板的逐步下沉，充填體能夠有效起到壓縮增阻的效果，且充填體可一直保證其完整性。即，證明所設計的充填體強度滿足支護要求。

4 結語

46309 采用沿空留巷的開采技術，并針對該工作面的水文、地質(zhì)等條件采用錨桿+H 型鋼帶+網(wǎng)+H梁的支護方案，并采用高水速凝材料的水灰比為1.5∶1.0 的充填材料對其沿空留巷進行支護。經(jīng)驗證結果表明，采用本文所設計的支護方案能夠?qū)ぷ髅嫫鸬搅己玫闹ёo效果，為提升工作面的安全生產(chǎn)奠定了扎實的基礎。