近距離煤層下沿空留巷支護技術(shù)研究

摘 要：蘭花寶欣礦3#煤層與2#煤層層間距平均13.4m，為提高煤炭回采率，3103工作面實施無煤柱開采，屬于近距離煤層下沿空留巷。本文在分析了工程特點和難點的基礎(chǔ)上，提出了合理的巷道支護參數(shù)，確保了沿空留巷的順利進行。

關(guān)鍵詞：近距離煤層；沿空留巷；支護

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.10.053

1 工程概況

蘭花寶欣礦是山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司在山西古縣控股且具備生產(chǎn)條件的礦井，目前主采2#、3#煤層，其中3#煤層與2#煤層層間距平均13.4m，屬于近距離煤層。3#煤層位于山西組中部，K7粉細砂巖之上，下距K7砂巖9.24-32.20m，平均19.53m，煤層厚1.50m-1.90m，平均1.77m，不含夾矸，煤層結(jié)構(gòu)簡單。全區(qū)發(fā)育穩(wěn)定，屬全區(qū)穩(wěn)定可采煤層。

老頂或直接頂板為中細砂巖或粉砂巖，質(zhì)硬、鈣質(zhì)或硅質(zhì)膠結(jié)，裂隙發(fā)育，方解石脈充填，屬中等堅硬巖石，冒落性Ⅱ類頂板，厚1m—4.66m，一般平均3.12m。局部直接頂板為泥巖，厚2.43m—4.15m，平均3.29m，質(zhì)軟。底板灰黑色泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖，厚0.6m—6.44m，平均2.9m，屬不堅硬巖石。3#煤層頂?shù)装辶W(xué)性質(zhì)測試結(jié)果見表1。

為提高煤炭回采率，延長了礦井服務(wù)年限，以3103工作面為工程對象，實施無煤柱開采成套技術(shù)。

2 沿空留巷的工程特點與難點

3煤煤層的埋藏深度在400～700m左右，煤質(zhì)硬，煤層涌水量小，自燃傾向性較弱，為3煤回采巷道沿空留巷創(chuàng)造了有利的條件。

從已經(jīng)回采完畢的3101、3103工作面來看，原有的巷道支護強度僅能達到控制掘進穩(wěn)定時期的程度，受留巷動壓影響時，礦壓顯現(xiàn)劇烈，巷道變形大。3煤回采巷道采用沿空留巷時，巷道需承受二次動壓的影響，且3煤留巷屬于近距離煤層下沿空留巷，工程特點與難點如下：

（1）2煤與3煤屬于近距離煤層，上下煤層間開采的相互影響會逐漸增大，下部煤層開采前頂板的完整程度已受上部煤層開采損傷影響，其上又為上部煤層開采垮落的巖石，且上部煤層開采后殘留的區(qū)段煤柱在底板形成的集中壓力，導(dǎo)致下部煤層開采區(qū)域的頂板結(jié)構(gòu)和應(yīng)力環(huán)境發(fā)生變化。下部煤層開采時，工作面極易發(fā)生頂板冒、漏事故，與上部煤層采空區(qū)溝通，造成工作面漏風(fēng)，回采巷道的礦山壓力顯現(xiàn)明顯，壓力傳遞規(guī)律特殊，巷道圍巖移近量大，巷道維護困難，3煤于近距離煤層下留巷，更增加了巷道圍巖控制的難度。（2）煤系地層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，巷道層位難以選擇。3煤的煤層厚度從賦存不穩(wěn)定，頂、底板分別為層理發(fā)育的砂巖、泥巖，巷道的頂板可選擇跟3煤頂板。巷道頂板為夾矸、松散煤層、泥巖或砂質(zhì)泥巖的典型難控制的煤巖復(fù)合頂板。（3）巷道基本為全煤巷道。3煤的f值在2～3之間，但其極具碎裂特性，受采動擾動后，即發(fā)生顯著片裂。全采動影響過程中巷道頂板的安全控制和煤體的穩(wěn)定控制技術(shù)要求高，難度大。（4）巷道底板控制難度大。不同開采條件下的留巷底臌是巷道表面收斂的最大組成部分，甚至能占到頂?shù)装逡平?0%，采用沿空留巷時要承受二次采動影響，巷道底臌速度和底臌量會表現(xiàn)的更為劇烈。（5）巷道服務(wù)時間長。以3103軌道順槽留巷為例，巷道服務(wù)時間從掘進至回采，再到留巷復(fù)用，實際時間在2年以上，加大了沿空留巷的難度。

3 3煤運輸順槽掘進期間支護參數(shù)設(shè)計

根據(jù)3煤具體地質(zhì)狀況及目前留巷取得的經(jīng)驗，運輸順槽的斷面尺寸確定為寬×高=4500mm×2500mm。

頂板錨桿采用MSGLW-400/20×2000，螺紋段螺紋規(guī)格為M22。共5根，間排距1000×1000mm，材質(zhì)為左旋無縱筋高強錨桿。靠近巷幫的頂板錨桿安設(shè)角度為與鉛垂線成15°。幫部錨桿采用MSGLD-335/18×2000，螺紋段螺紋規(guī)格為M20。共4根，間排距700×1000mm，材質(zhì)為全螺紋右旋等強錨桿。頂板錨索采用“2-2-2”布置形式，一梁兩孔，梁長2.4m，孔距2.0m，錨索梁排距1.0m。錨索規(guī)格為SKP17.8-7/1860，長度4100mm，材質(zhì)為高強度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，張拉力不小于80～120kN。其他支護參數(shù)見圖1。

在圍巖破碎帶，采用工字鋼棚支護，極其破碎段補打單體錨索。對掘進影響較大的地質(zhì)異常，圍巖松散破碎范圍較大時，可使用架棚錨索聯(lián)合支護方式。

4 結(jié)語

截至2017年1月14日，3103工作面已經(jīng)順利開采完畢，留巷長度超過500m，無煤柱連續(xù)開采成套技術(shù)取得階段性成功。在3#煤層3個采面進行了工業(yè)性試驗和推廣，全礦減少了3個掘進工作面，萬噸掘進率降低30%以上。采用無煤柱連續(xù)開采，取消了區(qū)段保護煤柱，多回收煤炭資源約10.74萬t，提高煤炭回采率10～20%，延長了礦井服務(wù)年限。

作者簡介：賈世林（1985-），山西晉城人，總工程師。