“三軟”厚煤層綜放工作面沿空留巷技術研究

摘要：沿空留巷是無煤柱連續開采、煤與瓦斯共采以及煤層群連續卸壓開采等技術的空間基礎。實踐應用表明：綜放沿空留巷圍巖控制技術的研究成功不僅可以提高煤炭采出率、降低巷道掘進率、緩解采掘時間緊矛盾，其技術效益和經濟效益十分顯著，為以后的“三軟”煤層沿空留巷技術提供寶貴的技術經驗，同時有利于節約成本，對礦井采掘接替平衡有重要意義。

關鍵詞：三軟厚煤層；沿空留巷；技術研究

鄭煤集團大平煤礦21101綜放工作面位于21采區中部，煤層傾角13～26°，平均煤厚8.3m，平均傾角19°，水文地質條件中等，總體上為一東南傾單斜構造形態，地質條件中等，煤層直接頂為砂質泥巖，厚度約為6.3m，直接底為泥巖，厚度約為6.5m，老底為灰巖，厚度約為5.0m。

一、沿空留巷技術方案的確定

大平煤礦處于礦井開采末期，資源日益枯竭，加之近年來煤炭形勢嚴峻，施工人員逐步減少，掘進施工力量急劇下降，而21101綜采面接替面為相鄰21121綜采面，若采用原有常規生產模式，21101綜采工作面結束后開始掘進21121綜采面上付巷將導致礦井接替脫節。為了緩解21101與21121工作面接替問題，需在21101下付巷實施沿空留巷技術。

為了緩解21101工作面與21121工作面接替緊張的問題。通過深入分析工作面地質條件、原有支護方式，在不影響工作面正常回采的前提下，少掘一條巷道，減少生產成本，保證了工作面的接替。

二、沿空留巷方案

（一）施工工藝

上抬梁加固巷道（超前100m）——打錨索（同步）——單抬棚加固（超前20m）——施工機頭缺口（超前3.5-5m）——去腿——過架——恢復U型鋼腿——巷旁支護（單體柱加鉸接梁支護、支丁、垛充填袋，滯后3.5m）——打抬棚加固留巷段、緊固錨索（滯后30m）。

（二）超前加固

1.抬梁加固

目前巷道兩幫距底600-800mm各有一道抬梁，為了加固U型鋼巷道，采用五道抬梁連鎖加固，補上抬梁位置：正頂部一道，下幫二碼以上200-400mm位置一道，上幫長短梁搭接處以上200-400mm一道。

2.錨索加固

抬梁加固后需進行補打錨索加固，錨索直徑18.9mm，長度6-8m，每棚2根，每兩棚打設一排，偏中線向下幫0.8m處一根，下幫梁腿搭接處一根，錨索托梁采用0.8m長工字鋼加工而成，礦工鋼兩端托住U型鋼支架。

3.抬棚加固

距離切巷20-30m時，采用3.5m單體柱或特殊U型鋼抬梁打設抬棚加固，單體柱初撐力不小于90kN。

（三）機頭缺口施工方案

1.自21101下付巷安全出口位置沿21101下付巷采用全錨網支護方式向外施工，超前工作面3.5-5m。

2.全錨網支護段凈寬3.5m，凈高2.5m，凈斷面8.75m2。

3.由綜采支架前探梁位置向前進行剔頂，施工0.8m后，將21101下付巷上幫編織網鋪設在施工處頂部，然后及時鋪鋼筋網，上鋼筋梯，先施工臨近巷道（肩窩處）的一根錨桿，再施工剩余的錨桿，若頂部6根錨桿施工結束后，巷道下寬不能滿足要求時，需再施工一根錨桿，間距以滿足巷道凈寬為準，錨桿施工結束后施工4根錨索。

4.施工期間，頂部采用4-4.5m鋼筋梯進行護頂，護頂后長出部分鋼筋梯折至21101下付巷頂部，并采用錨桿固定，防止肩窩處煤體掉落。

5.施工期間，左幫采用2.5m單體柱配合鉸接梁、椽子、舊皮帶閉嚴，根據施工進度，需在迎頭打閉子時，采用2.5m單體柱配合椽子、舊皮帶將迎頭閉嚴。

6.施工后，巷高不低于2.5m，在中部線位置打一道抬棚加固。

（四）支護參數設計

21101下付巷沿空留巷處于原煤區施工，根據巷道頂煤厚度及頂板巖性考慮選用懸吊理論進行分析設計，根據不穩定巖層的厚度計算錨桿（索）長度，根據錨索懸吊不穩定巖層的重量確定計算錨桿（索）數量。結合理論計算及現場地質情況，確定選用錨索長度8m，頂部布置4根錨索，間距1000mm，排距700mm。

三、巷旁支護

隨工作面推進，沿綜采支架側后方采用坑木支丁、充填袋配合噴漿工藝進行沿空留巷。

（一）施工準備

1.為了降低老頂垮落、頂板來壓對巷旁支護的影響，有利于人員操作安全，在工作面回采期間，機頭6架支架不放頂煤，下出口三架尾梁完全升起，不得隨意升降，第四架尾梁升起三分之二，第五、六架尾梁升起三分之一。此段區域的頂煤隨支架前移自然垮落在采空區，作為采空區充填物，以減少直接頂垮落高度。

2.在綜采支架尾部機頭缺口頂部錨網支護上邊界處必須采用單體柱配合小徑木、竹笆、椽子和第五架、第六架上的雙抗網，進行閉幫，防止采空區躥碴傷人，回采過后打設一排單體柱進行閉幫和預留回撤單體柱通道。

3.施工前將所需的材料和工具準備到位，按照每3.0m進行一次巷旁支護，預計每次投入坑木 20-25根，充填袋20-30個。

（二）坑木支丁、垛充填袋

1.當支架前移3.0m后，及時在采空區距離U型鋼腿1.0m處進行坑木支丁，坑木規格：長2.0-2.4m、要求坑木必須接頂，若無法接頂時，可采用合適厚度的方木接頂。

2.支丁結束后，采用充填袋將坑木丁與U型鋼支架之間填嚴背實，如圖1所示。

3.坑木丁、充填袋施工結束后，將風布上側閉幫的單體柱回撤，采空區垮落的松散煤體將坑木丁和單體柱之間的空間填實，如不垮落，可將編織網割破。

4.隨施工進度，根據現場實測有害氣體及漏風情況，在切巷后方實施沿空留巷段巷道采空區幫噴漿封閉。

（三）滯后加固

當工作面回采過后，及時采用特殊U型鋼加固，滯后加固緊跟工作面切巷，加固長度不小于100m，加固采用一節或二節廢舊U型鋼抬梁加工而成的立柱，立柱支設在U型支架抬梁上，每米3根，頂部一根，巷道兩幫各一根（傾斜支設）。當滯后支護距離達到100m，且礦壓穩定，巷道表面不發生明顯變形或變形量較小時，方可拆除滯后支護。

（四）監測數據分析

該段巷道內共設置三組巷道移近量觀測點，設置方法為在同一架U型鋼支架上設置四個點，其中1-2為下幫豎直變化量，2-3為下寬水平變化量，3-4為上幫豎直變化量，1-4為上寬水平變化量。

由圖可知，沿空留巷巷道變形開始變形速率較大，隨著工作面逐步推進，變形速率逐步減小，2個月左右，巷道變形速率趨于穩定，截止到2017年11月底，21101工作面下付巷沿空留巷簡單落底后巷道整體巷道高度保持在2.8m左右，且變形以空區幫二碼位置下沉量最大，這與沿空留巷上覆巖層破斷、回轉所分析的受力狀態所形成的巷道狀況相一致。

四、效益分析

21101工作面接替面為21121工作面，21101工作面計劃在2017年2月回采結束，21101下付巷如不采用沿空留巷，則必須進行沿空掘巷，260m工程量需4-5個月的施工時間，加上工作面搬家倒面的時間，最早可在2017年8月回采21121工作面；采用沿空留巷后，只需對巷道進行局部落底和整修處理，施工時間不足一個月，這樣工作面可提前3-4個月于2017年4月投入生產，為緩解礦井接替緊張局面爭取了寶貴時間。

五、結語

綜放沿空留巷圍巖控制技術的研究成功不僅可以提高煤炭采出率、降低巷道掘進率、緩解采掘緊矛盾，其技術效益和經濟效益十分顯著。本次沿空留巷技術方案是鄭煤集團在“三軟”煤層的大膽嘗試，為以后的“三軟”煤層沿空留巷技術提高寶貴的技術經驗，同時有利于節約成本，對礦井采掘接替平衡有重要意義，具有較好的推廣和應用價值。

作者簡介：王國杰（1982-），男，河南沈丘縣人，助理工程師，2010年畢業于河南理工大學，現在鄭煤集團大平煤礦從事技術管理工作。endprint