“三軟”煤層綜采工作面沿空留巷技術應用

張玉攀

(大同煤礦集團燕子山礦)

“三軟”煤層指煤礦開采中遇到的軟頂板巖層、軟主采煤層和軟煤層底板巖層，目前，薄及中厚煤層、頂板為巖層等條件的沿空留巷技術已趨成熟，但針對“三軟”煤層且煤層厚度變化較大的綜采放頂煤工作面沿空留巷研究較少，基本沒有應用[1-2]。常村煤礦煤層屬于“三軟”煤層，為了解決21001與21021工作面接替問題，實現快速掘進，根據國內外和鄰近礦井沿空留巷的經驗，結合該礦地質特點及回采工作面礦壓顯現規律，在21001綜放工作面下順槽實施沿空留巷工藝，為以后的“三軟”煤層開采提供了寶貴的技術經驗，對礦井采掘接替平衡具有重要意義。

1 工作面概況

21001綜放工作面位于常村煤礦21采區西翼，工作面走向長795 m，傾向長160 m，平均煤厚4.64 m，煤層傾角為13°～29°。工作面總體上為一北西傾單斜構造形態，地質條件中等，煤層直接頂為大占砂巖，厚約17.5 m；直接底為砂質砂巖，厚約5.7 m；老底為L8灰巖，厚約1.8 m。工作面采用走向長壁后退式綜合機械化放頂煤回采工藝，下順槽作為進風巷和輔助運輸巷，布置有一部SZZ764-200型轉載機和一部SSJ1000/2×160s型膠帶運輸機。

21001工作面下順槽采用16.2 m236#U型鋼棚支護，巷道凈高3.5 m，下凈寬5.6 m，棚距為0.6 m，四道聯鎖梁加固，現有巷道整體支護狀況良好，但仍有部分巷道變形明顯，現場實測巷道寬4.6 m，大部分巷道高度在3.1 m左右，少部分巷道較低，凈高僅2.1 m。根據現有巷道的布置情況和21001下順槽地質情況，在21001下順槽174 m向外進行試驗。

2 “三軟”煤層綜放沿空留巷技術難點

綜放沿空留巷圍巖控制技術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。結合常村煤礦21001綜放工作面生產地質條件，為了保證留巷成功，保持通風斷面滿足安全生產的要求，盡可能地減小留巷的成本，提出使用錨網+架棚支護、木垛+袋裝矸石充填撕下幫沿空留巷方案。該方案有以下技術難點：

(1)實體煤幫控制難度大。由于綜放開采一次采出的煤層厚度大，頂板巖層形成的結構遠離采場，巷道圍巖經受長時間的動壓作用，不僅非采煤幫劇烈鼓出，而且很可能底鼓強烈，引起非采煤幫的進一步鼓出。同時，煤幫為軟弱煤層，在老頂破斷回轉過程中容易發生流變，因此，煤幫控制難度大。

(2)巷旁充填體力學性能要求高。充填體緊鄰采空區，基本頂在斷裂旋轉的過程中，對充填體施加較大的載荷，容易導致充填體壓壞，對充填體強度要求較高；采空區冒落矸石容易導致充填體鼓出、滑移甚至推倒充填體，對充填體的穩定性要求高[3]。老頂破斷回轉是不可避免的，既要充填體具有一定的可縮量適應頂板下沉，又要具有較大的承載能力切斷采空區側頂板，阻止巷內頂板過快回轉變形。

(3)撕下幫留巷斷面大。本次留巷采用撕下幫方案，巷道跨度較大，通常而言，跨度越大，支護越困難[4]。

(4)頂煤控制難度大。煤層厚度變化較大，在厚煤區綜放沿空留巷上方為松軟頂煤，與普通沿空留巷上方為巖層相比，其強度和剛度小，工作面推過后頂煤易破碎、塌冒，需要采取合理的控制技術保持頂煤穩定，實現充填體與上覆巖層力的傳遞，并有效切斷采空區側直接頂[5-6]。因此，頂煤控制難度大。

3 施工方案

3.1 超前巷煤幫加固

超前工作面39 m采用U型鋼平拱型支架在下順槽下幫施工巷道(以下簡稱超前巷)。在超前巷下幫和頂部各支設一道11#工字鋼聯鎖梁加固，在超前巷上幫暫時不站U型鋼棚棚腿，但采用DW型普通單體液壓支柱配合Π型鋼梁打雙抬棚進行臨時支護，同時用帶梁錨索加固圍巖，錨索規格為φ17.8 mm×8 000 mm，待工作面推過超前巷支架位置時，及時扶U型鋼棚棚腿，并在上幫安裝一道11#工字鋼聯鎖梁。超前掘巷支護見圖1。

圖1 超前掘巷支護方案(單位：mm)

3.2 工作面超前煤幫支護

當工作面推進到超前巷位置前，在原U型鋼棚頂梁兩端固定11#工字鋼梁，在梁上支設木垛，并按設計方案要求打設DW型單體液壓支柱作為加強支護(圖2)。打設好單體支柱后，拆除原U型鋼棚靠回采工作面一側的棚腿。在移架前，在工作面端頭支架上鋪設金屬網，并在每道金屬網下穿一道鋼絲繩，鋼絲繩繩頭固定在原U型鋼棚頂梁上。

圖2 工作面超前支護方案(單位：mm)

3.3 工作面后方充填體施工

工作面移架后，立即沿采空區側在原U型鋼棚頂梁兩梁端固定的工字鋼梁端和木垛下打設一排密集木支柱，并用單體支柱加強支護，見圖3(a)。然后在要求的位置進行支丁，支丁規格為2 m×2 m(寬×長)。支丁后，扶上U型鋼棚腿，并安裝工字鋼聯鎖梁，然后拆除U型鋼棚柱腿與木垛間的單體液壓支柱，掛上風筒布或編織布，在U型鋼棚腿和木垛間填實袋裝矸石，形成留巷。最后每留10～50 m 巷道噴一次漿，見圖3(b)。

圖3 移架后支護示意(單位：mm)

具體支護參數：新掘巷道內頂板安設2根φ17.8 mm×6 000 mm(8 000 mm)錨索，錨索間排距為1 000 mm×1 200 mm，每根錨索使用4支K2350樹脂錨固劑，錨索預應力要求不小于70 kN，錨固力不小于260 kN，錨索外露長度大于150 mm，小于300 mm,帶梁錨索施工超前工作面不低于100 m。實煤體幫安設3根φ17.8 mm×6 000 mm(8 000 mm)錨索，錨索間排距為1 000 mm×1 200 mm，每根錨索使用4支K2350樹脂錨固劑，錨索預應力要求不小于70 kN，錨固力不小于260 kN，錨索外露長度大于150 mm，小于300 mm,帶梁錨索施工超前工作面不低于100 m。當U型鋼棚支護巷道出現斷椽子、爛網、大網兜等現象時，必須重新進行卸壓、聯網、腰幫接頂。

3.4 工作面后方充填空間維護

轉載機自移梁應始終平行于端頭支架；移架后，立即在移架后方的空間打上帶鉸接頂梁的單體液壓支柱，見圖4。充填空間維護的單體液壓支柱應維持在2～6排，沿工作面推進方向，單體液壓支柱間應帶鉸接頂梁，單體液壓支柱排距與工作面推進距離一致，平均為600 mm，除最靠近端頭支架的1～2排外，每排單體液壓支柱為5根，間距為800 mm，見圖5。當單體液壓支柱的排數達到6排時，立即支設木垛和充填矸石。支設木垛前，先沿工作面推進方向，在支設木垛的空間上方架設2根2.4 m長木頂梁，兩梁間距為1.6 m，并分別用2根單體液壓支柱抬住2根頂梁，然后拆除兩梁中間的單體液壓支柱及鉸接頂梁；沿垂直于工作面推進方向架設2根2.2 m長木頂梁，兩梁間距為2.0 m，并分別用2根單體液壓支柱抬住2根頂梁，見圖6。木垛架設前，用木支柱替換采空區側的單體液壓支柱，或在打單體液壓支柱時，直接用木支柱替代這些位置的單體液壓支柱，但支設時一定要有力。在2組頂梁的保護下，立即架設木垛，并接住前面用單體液壓支柱抬住的頂梁。為提高木垛的穩定性，在架設木垛的過程中，隨木垛的架設，不斷用袋裝矸石填實木垛中間及周圍空間，見圖7。木垛架設后，拆除木垛與幫間的2列單體液壓支柱，同時用袋裝矸石填實木垛與幫間的空間，見圖8。

圖4 移架后充填空間維護平面(單位：mm)

圖5 充填空間最大維護平面(單位：mm)

圖6 支設木垛前頂梁架設示意(單位：mm)

圖7 木垛支設與袋裝矸石充填示意(單位：mm)

圖8 木垛支設后袋裝矸石充填巷道示意

4 結 語

工作面沿空留巷段巷內支護、巷旁支護方案基本滿足圍巖控制要求，工作面后方單體支柱對頂板的控制效果顯著，采用木垛、袋裝矸石進行留巷，原材料易獲取，成本低，減少巷道的無效掘進，為沿空留巷的正常實施提供了保障，緩解了采掘接替緊張的問題，具有顯著的技術效益。在松軟煤層工作面保證充填體的維護、充填空間的維護 、實體煤幫的加固是保證沿空留巷支護效果的關鍵。

[1] 張科學,劉向增,郭 坤,等.采動影響下回采巷道底鼓控制技術[J].煤礦安全,2011,42(7):65-68.

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[3] 姜耀東,趙毅鑫,劉文崗,等.深部開采中巷道底鼓問題的研究[J].巖石力學與工程學報,2004,23(14):2396-2401.

[4] 何滿潮,袁 越,王曉雷,等.新疆中生代復合型軟巖大變形控制技術及其應用[J].巖石力學與工程學報,2013,32(3):434-441.

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