郝 宇

（山西焦煤集團有限責(zé)任公司屯蘭礦， 山西 古交 030200）

引言

傳統(tǒng)小煤柱留設(shè)開采方式雖然可提高工作面煤炭的回采率，減少煤炭資源的浪費，但是其在工作面機械化開采程度低、推進速度慢。為解決上述問題，采用無煤柱護巷中的沿空留巷開采技術(shù)，不僅可增加煤炭資源的采出率，還可減少巷道的掘進工作量。但是，對于沿空留巷開采而言由于密封性能、支撐能力以及增阻速度等因素的影響導(dǎo)致在實際施工中留巷存在許多問題[1]。近年來，隨著新材料及新技術(shù)的應(yīng)用，通過高水充填材料實現(xiàn)對沿空留巷的充填是未來沿空留巷開采的關(guān)鍵技術(shù)。本文著重對沿空留巷高水充填體支護參數(shù)進行設(shè)計并對其工業(yè)性實踐進行分析。

1 22301 工作面概述

22301 工作面地表東鄰聯(lián)校聯(lián)營煤礦，西鄰近風(fēng)平嶺斷層，北靠近（原東鎮(zhèn)礦）金之中煤礦，區(qū)內(nèi)有屯馬35 kV 二回路自西北向東北橫穿工作面，同時興能電廠排矸皮帶走廊自西向東橫穿工作面，區(qū)域地表以山地地形為主，切割強烈，溝谷縱橫，地表分布有長畛溝、山牛溝、廟兒溝。經(jīng)對地表調(diào)查走訪，溝谷均為季節(jié)性溝谷，地表有四個藍焰煤層氣鉆孔，工作面埋深357～458 m。22301 工作面井下位于北三盤區(qū)右翼，西接北三回風(fēng)巷，東至北一盤區(qū)邊界煤柱，與22118 采空區(qū)最短間距36 m，南鄰22303 工作面（未布置），北鄰B2301 工作面（未布置），其采掘工程平面圖見圖1 所示。

22301 工作面平均長度2 652 m，工作面傾斜長度205 m，工作面沿2 號煤層回采，煤層厚度4.15～5.50 m，平均4.75 m 煤層最大傾角8°，最小傾角2°，平均約4°。該煤層頂?shù)装迩闆r如表1 所示。

圖1 22301 工作面采掘工程平面圖

表1 煤層頂?shù)装迩闆r表

22301 工作面皮帶順槽斷面為矩形，施工凈寬為4.5 m，凈高為 3.5 m，斷面面積為 15.75 m2，沿 2 號煤頂板掘進。22301 對兩段工作面進行支護。

2 沿空留巷高水充填支護參數(shù)的設(shè)計

為保證沿空留巷開采的安全性和有效性，需有效控制沿空留巷對應(yīng)圍巖的穩(wěn)定性，確保其關(guān)鍵部位足夠穩(wěn)定。因此，針對沿空留巷高水充填體的支護結(jié)構(gòu)保證其既能夠減小圍巖的應(yīng)力，又能夠有效控制圍巖的變形[2]。沿空留巷開采常用的支護手段包括有基本支護和加強支護。其中，基本支護的手段包括有高強度錨桿支護、樹脂錨固劑加長錨固支護、增加錨桿預(yù)緊力、提高錨桿延伸率、增強護表能力；加強支護主要通過液壓支護設(shè)備對頂板和兩幫的圍巖進行控制[3]。

2.1 沿空留巷支護設(shè)計

針對沿空留巷支護的特殊性，結(jié)合屯蘭礦22301 工作面的地質(zhì)條件采用在基本支護的基礎(chǔ)上對其采用加強支護。

2.1.1 22301 工作面的基本支護

1）第1 段支護參數(shù)（巷道開口至1 090 m）。頂板采用20 mm×2 400 mm 螺紋鋼錨桿＋16 mm 圓鋼梯子梁＋21.6 mm×6 300 mm 錨索＋10 號菱形金屬網(wǎng)的聯(lián)合支護方式；兩幫采用20×1800mm 螺紋鋼錨桿＋10mm 圓鋼梯子梁＋10 號菱形金屬網(wǎng)的聯(lián)合支護方式。頂錨桿間、排距為1 000 mm×900 mm，幫錨桿間、排距為800 mm×900 mm；循環(huán)進度為900 mm，最大空頂距1 300 mm，最小空頂距400 mm。頂錨索間、排距為2 000 mm×1 800 mm，第1 段支護設(shè)計如圖2 所示。

圖2 22301 工作面第1 段支護設(shè)計（單位：mm）

2）第2 段支護參數(shù)（1 090 m 至開切眼）。第 2 段支護方式、參數(shù)基本與第1 段基本相同，除頂錨索采用兩根一根隔排布置外，其他參數(shù)同前，見圖3 所示。

2.1.2 22301 工作面的補強支護

經(jīng)分析可知，沿空留巷圍巖活動階段，頂板變形劇烈，服務(wù)時間長。因此，必須在巷道基本支護的基礎(chǔ)上，提高支護強度[4]?；谕吞m礦的地質(zhì)與開采條件，參考其他煤礦沿空留巷工程實踐經(jīng)驗，經(jīng)井下觀察初步補強方案為：

1）第1 段補強支護參數(shù)（巷道開口至1 090 m）。頂板支護參數(shù)不變，非采煤幫采用錨桿、錨索加強支護，每排錨桿在幫角處距底板250 mm 處補打一根錨桿，俯角20°，采用20 mm×24 00 mm 的錨桿，托盤130 mm×130 mm×10 mm 的錨桿托盤并配合16 mm 橫向鋼筋梯子梁和10 號菱形金屬網(wǎng)；再在煤柱幫每2 排錨桿補打2 根21.6 mm×5 000 mm 錨索，分別距頂板700 mm 和2 300 mm 位置處，托盤為250 mm×250 mm×20 mm 的托盤并配合16 mm 的橫向鋼筋梯子梁，梯子梁規(guī)格為4 000 mm×50 mm。其補強支護見圖4 所示。

圖3 22301 工作面第2 段支護設(shè)計（單位：mm）

圖4 22301 工作面第1 段補強支護設(shè)計（單位：mm）

第2 段補強支護參數(shù)（1 090 m 至回風(fēng)措施巷后14 m）。頂板支護補強支護方式與參數(shù)為：每2 排錨桿補強3 根21.6 mm×6 300 mm 錨索，錨索間排距為1 500 mm×1 800 mm，距兩幫分別為750 m，錨索托盤規(guī)格為250 mm×250 mm×20 mm，并配合16 mm 的走向鋼筋梯子梁，梯子梁規(guī)格為4 000 mm×50 mm，靠采煤幫的補強錨索在支架后方補強，其他支護參數(shù)同掘巷。煤柱幫補強參數(shù)與第1 段相同。其補強支護見下頁圖5 所示。

3 沿空留巷高水充填體支護的工業(yè)性實踐

為驗證上述支護參數(shù)是否能夠?qū)ぷ髅鎳鷰r進行很好的控制以及充填體的變形情況，本文對22301 工作面支護后充填體的橫向變形和縱向變形進行監(jiān)測[5]。

3.1 充填體的橫向變形

經(jīng)觀測可知，距離工作面不同距離的充填體的變形情況不同，具體變形情況如圖6 所示。

圖5 22301 工作面第2 段補強支護設(shè)計（單位：mm）

圖6 充填體橫向變形隨距離工作面的關(guān)系

如圖6 所示，當(dāng)距離工作面的距離小于54 m 時充填體的變形從18 mm 增大至201 mm，而且對應(yīng)的橫向變形速度為9.5 mm/d；當(dāng)距離工作面的距離大于54 m 小于110 m 時，充填體的變形從201 mm 增大至350 mm，且對應(yīng)變形速度為4.9 mm/d；當(dāng)距離工作面距離大于110 m 時，對應(yīng)充填體的變形區(qū)域穩(wěn)定，保持在350 mm 左右。

3.2 充填體的縱向變形

經(jīng)觀測可知，距離工作面不同距離的充填體的變形情況不同，具體變形情況如圖7 所示。

如圖7 所示，當(dāng)距離工作面的距離小于39 m 時充填體的變形從3 mm 增大至186 mm，而且對應(yīng)的橫向變形速度為18 mm/d；當(dāng)距離工作面的距離大于39 m 小于113 m 時，充填體的變形從180 mm 增大至300 mm，且對應(yīng)變形速度為49 mm/d；當(dāng)距離工作面距離大于119 m 時，對應(yīng)充填體的變形區(qū)域穩(wěn)定，保持在350 mm 左右。4 結(jié)語

近年來，盡管小煤柱留設(shè)開采在很大程度上降低了煤炭資源的浪費，提升了工作面煤炭的回采率，但是，小煤柱開采仍會造成煤炭資源的浪費。為此，應(yīng)推廣無煤柱護巷開采在煤礦開采的應(yīng)用。本文將沿空留巷開采技術(shù)應(yīng)用于屯蘭礦22301 工作面，并采用高水充填體對工作面進行支護，根據(jù)22301 工作面地質(zhì)條件采用基本支護+補強支護的手段。實踐表明，采用高水充填體護巷對應(yīng)充填體的變形量很小，即驗證了支護的有效性。