淺談墩柱式支護在沿空留巷中的應用

欒興亮　王明波　劉文

【摘 要】傳統式沿空留巷的支護一般采用砌塊、支設模盒澆筑砼塊、密集支柱等方式，但存在與老空區隔離密封不好、巷道變形量大、施工困難等問題，本文通過對在濟寧二號煤礦93下06工作面沿空留巷采用墩柱支護進行探討研究，為同類條件下的沿空留巷提供了一些經驗。

【關鍵詞】墩柱式支護；墩柱模具；施工工藝

濟寧二號煤礦是濟東煤田開發的第一對礦井，設計生產能力為400萬噸/年，1989年12月建設，1997年11月8日建成投產，采用立井開拓，劃分為二個水平，主采煤層為3上和3下煤。由于礦井位于城區附近，地面村莊多，隨著城市規劃發展，造成礦井可采區域逐漸減少和生產接續緊張的局面，采用傳統的工作面布置方式和掘進施工工藝無法滿足礦井正常生產接續和保證礦井安全高效發展，而沿空留巷能夠很好的緩解生產接續緊張的局面，采用沿空留巷施工工藝能夠達到鄰面接續的目的，而傳統式沿空留巷的支護一般采用砌塊、支設模盒澆筑砼塊、密集支柱等方式，但存在與老空區隔離密封不好、巷道變形量大、施工困難等問題，這就必須尋找新的沿空留巷方式，為順利實現沿空留巷，確定在93下06工作面采用墩柱支護進行沿空留巷。

1 工作面概況

93下06工作面位于九采區中部，上部為九采3上工作面采空區，西側為93下07工作面，南到井田邊界煤柱，平均煤厚3.03m；煤層產狀變化大，北部傾角較大，南部相對平緩，煤層結構簡單，煤層普氏系數（f）一般在1.91左右，為軟～中等硬度煤層；老頂為平均厚12.77m中砂巖，直接底為平均厚1m泥巖，老底為平均厚1.24m粉砂巖；瓦斯絕對涌出量為0.02m3/min；CO2絕對涌出量為0.43m3/min；煤塵具有爆炸危險性，煤塵爆炸指數為31.38～43.67%；煤層有自然發火傾向，自然發火期為3～6個月。

2 巷道支護

根據工作面煤層賦存狀況以及圍巖性質，確定采用以下支護方式：

2.1 刷幫前

工作面東側為運輸順槽，斷面為矩形，采用錨網梁支護。巷道凈寬×凈高=4×2.8m，斷面積11.2m2，頂部采用樹脂錨桿Φ22×2200mm，間排距為800×900mm，兩幫采用Φ20×2200mm樹脂錨桿，間排距為800×900mm。

2.2 刷幫后

沿原運輸順槽西幫擴幫2.4m，整個斷面落底至凈高3.1m，最終將順槽斷面改造為凈寬×凈高=6.4×3.1m，采用錨網+鋼帶+錨索+單體+墩柱復合支護方式，頂板采用？準22×2200mm高強度樹脂錨桿，幫采用？準20×2200mm高強度樹脂錨桿，間排距均為800×900mm，沿刷大后巷中施工墩柱，墩柱外徑426mm，墩柱施工后，兩側凈寬均為2.987m。頂板沿巷中布置4排錨索，間排距2200×1800mm；刷幫側距底板1.5m處施工？準18×4000mm幫部錨索鋼帶加強支護，間距1800mm，鋼帶接頭處相互壓接。

3 墩柱模具

1）墩柱使用壁厚8mm無縫鋼管制作，每套墩柱分為上下兩部分，下節內外直徑分別為390mm、406mm，上節內外直徑分別為410mm、426mm，下端模具圓筒直徑較小，能夠內嵌至上端模具中，通過上下滑動上部模具達到調整墩柱高度的目的，當巷道高度在3.5m以下時，每節長度2000mm；當巷道高度在3.5-4.0m時，每節長度2300mm，上下節搭接不少于500mm。為方便模具的立設，在墩柱上下節焊超吊點，及單體支撐座，可使用單體把模具上節支撐到頂板上，保持接頂嚴密。

2）在模具上節上端焊接了充填口，在確保接頂的情況下，實現過盈充填；為達到模具回收、復用，在模具下節距底板200mm位置，設置了放料口，放掉充填材料可回收模具。充填口和放料口都設置了厚度為3mm封口板，下部的放料口封口板在墩柱充填前提前安設，上部的充填口封口板在墩柱充填后安設。

4 墩柱施工工藝

墩柱模具由地面加工成型運輸到現場，墩柱施工用料采用集中備料、集中澆注施工方式。墩柱澆注用材料在地面按照質量比砂：石子=1：1.6，在井上集中均勻拌制。墩柱施工順序：清理到實底→立設模具→固定振動裝置→開啟噴漿機充填→二次充填接頂。

5 效益

5.1 直接經濟效益分析

93下06工作面若不采用沿空留巷技術，則需留設3.5m煤柱護巷，該煤柱的煤量為：1547m×3.5m×3.03m×1.35kg/m3=2.2萬t。按煤炭售價520元/t算，回收煤柱效益就達1144萬元。

5.2 社會效益

1）墩柱沿空留巷技術的成功實施提高了煤炭資源回收率，解決了工作面接替緊張的局面，促進了采煤方法和巷道布置的改革。

2）減輕了工人勞動強度，改善了工作環境。

3）為實現安全高效的目標創造了有利條件，改善了礦井的安全生產面貌，具有推廣應用價值。

4）沿空留巷墩柱式支護施工簡單、費用低，豐富了沿空留巷巷旁支護形式，促進了沿空留巷技術的可持續發展。

5.3 存在不足

1）若頂底板巖石比較松軟破碎，采用本方法將造成墩柱穿頂穿底，因此不宜采用。

2）由于墩柱屬于不連續巷旁支護體，很難很好的隔絕采空區，因此對于高瓦斯、煤塵易自燃、煤塵具有爆炸危險性礦井，應謹慎應用。

[責任編輯：田吉捷]