南嶺煤業(yè)無(wú)巷旁充填體沿空留巷技術(shù)應(yīng)用研究

楊國(guó)平

（陽(yáng)煤集團(tuán)南嶺煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 陽(yáng)泉 045000）

1 工程概況

陽(yáng)煤集團(tuán)南陵煤業(yè)有限公司現(xiàn)階段正在進(jìn)行5#煤層的采掘工作，5#煤層厚度一般在1.32.0m～2.96m，平均厚度2.25m，煤層變異系數(shù)為12.4%，可采指數(shù)為1，煤層傾角1°～22°，平均6°。即將進(jìn)入回采階段5212綜采工作面處于5#煤層一水平二采區(qū)。工作面標(biāo)高為+802m～+864m。工作面走向長(zhǎng)度為740m，采長(zhǎng)為174m，面積為113952.6m2。該工作面西部為北翼系統(tǒng)大巷，南部為5210工作面正在回采，北部為5214綜采工作面（未掘），具體的巷道布置及位置詳情如圖1所示。工作面上部存在2#煤調(diào)查采空區(qū)、2206綜采工作面（還未回采）。該工作面位于羊圈村東北部，工業(yè)廣場(chǎng)西北部。距離北部礦界245m。地面標(biāo)高為+1120～+1260m，工作面蓋山厚度為270～400m，整體地勢(shì)為西高東低的斜坡地形。南陵煤業(yè)5#煤層工作面采掘布置留設(shè)20m的區(qū)段煤柱，回采巷道在本工作面回采完畢后即廢棄，造成了工作面采出率和巷道利用率低，礦井采掘接替緊張的問(wèn)題，由于5#煤層采高較小，并且目前巷道圍巖控制技術(shù)的成熟[1～2]，為提高工作面采出率、巷道利用率，設(shè)計(jì)在5212工作面應(yīng)用無(wú)巷旁充填體沿空留巷技術(shù)，將5212軌道運(yùn)輸順槽保留下來(lái)為5214工作面所用。

圖1 5212工作面回采巷道布置圖

2 5212軌道運(yùn)輸順槽掘進(jìn)支護(hù)

南陵煤業(yè)5212軌道運(yùn)輸順槽巷道斷面為矩形，巷道斷面為寬×高＝4200×2500mm，掘進(jìn)時(shí)采用錨網(wǎng)索進(jìn)行支護(hù)，頂板錨桿規(guī)格為Ф20×2000mm左旋無(wú)縱筋螺紋鋼樹(shù)脂錨桿，錨桿間排距為900×800mm，錨桿之間通過(guò)由直徑為16mm的圓鋼加工制成鋼筋梯子梁進(jìn)行聯(lián)結(jié)，靠近兩幫的錨桿向外側(cè)傾斜15°安裝，其余垂直頂板施工，錨桿托盤(pán)采用與梯子梁配套的150×143×8mm高強(qiáng)度托盤(pán)，金屬網(wǎng)片采用由直徑4mm鐵絲制成的經(jīng)緯網(wǎng)，錨固劑為一支MSZ2360中速樹(shù)脂藥卷，預(yù)緊扭矩 250N·m，錨固力 20t。頂板錨索采規(guī)格為Ф17.8×4250mm的低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，采用“1-1-1”邁步式布置方式，錨索排距為2400mm，錨固劑采用MSK2360、MSZ2360樹(shù)脂錨固劑各一支，均垂直頂板安裝，安裝預(yù)緊力不小于80kN。

兩幫支護(hù)錨桿采用Ф18×2000mm全螺紋左旋等強(qiáng)錨桿，錨桿間排距為700×1000mm，同排錨桿間通過(guò)GRT-M4鋼帶聯(lián)結(jié)，鋼帶尺寸長(zhǎng)×寬×厚=4200×173×4mm，錨桿托盤(pán)采用與鋼帶配套的150×143×8mm高強(qiáng)度托盤(pán)，金屬網(wǎng)片采用由直徑4mm鐵絲制成的經(jīng)緯網(wǎng)，錨固劑為一支MSZ2360中速錨固劑，每排四根錨桿均垂直煤壁安裝，最下部一排錨桿距離底板200mm，金屬網(wǎng)片采用8#勾花式菱形金屬網(wǎng)，網(wǎng)片規(guī)格長(zhǎng)度×寬度=2700×1200mm，網(wǎng)片之間搭接寬度不小于100mm，并用10#鐵絲進(jìn)行綁扎。

圖2 5212軌道運(yùn)輸順槽掘進(jìn)支護(hù)方案

3 5212軌道運(yùn)輸順槽采前加固

南嶺煤業(yè)5212工作面回采前對(duì)5212軌道運(yùn)輸順槽進(jìn)行加固，頂板加固采用單體錨索和錨索梁，①在頂板巷道中心線對(duì)應(yīng)的位置，兩排錨桿之間補(bǔ)打一根直徑為17.8mm，長(zhǎng)度為4250mm的單體錨索，錨索托盤(pán)采用邊長(zhǎng)300mm、厚度為15mm的方形托盤(pán)，錨固劑采用MSK2360快速錨固劑和MSZ2360中速錨固劑各一支，安裝的預(yù)緊力不小于100kN。②在距離兩側(cè)巷幫為400mm和680mm的位置，分別布置一道錨索梁，錨索安裝時(shí)向外側(cè)傾斜25°左右，錨索梁采用長(zhǎng)度為2600mm的14#槽鋼，錨索間距離為2100mm，錨索的錨固方式與補(bǔ)強(qiáng)單體錨索相同。補(bǔ)強(qiáng)后頂板支護(hù)詳情如圖3（a）所示。非回采側(cè)（煤柱側(cè)）加固形式如圖3（b）所示，錨索采用規(guī)格為Ф17.8×4250mm的低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，錨索梁采用14#槽鋼，梁長(zhǎng)2.6m，錨索孔之間間距為2.1m，加鼓形小墊板，規(guī)格80×100×10mm，錨索均垂直煤壁施工，靠上的一排錨索梁距離巷道頂板500mm，下部的錨索梁距離巷道底板1000mm，每個(gè)錨索梁壓三根鋼帶，錨固劑采用MSK2360快速錨固劑和MSZ2360中速錨固劑各一支，安裝時(shí)預(yù)緊力不小于80kN。

圖3 5212軌道運(yùn)輸順槽采前補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)

4 5212工作面回采期間留巷輔助支撐設(shè)計(jì)

南嶺煤業(yè)5212軌道運(yùn)輸順槽留巷期間巷內(nèi)輔助支護(hù)詳情如圖4所示，在沒(méi)有巷旁充填體的情況下進(jìn)行工作面的回采，巷道頂板的支撐主要依賴三排單體液壓支柱提供的強(qiáng)力支撐，單體液壓支柱超前工作面30m開(kāi)始布設(shè)，靠近采空區(qū)側(cè)的支柱距采空區(qū)約450mm，靠近巷道中心線的支柱距離巷道中心線1050mm，靠近非回采側(cè)煤壁的單體支柱距離巷道中心線1000mm，靠近采空區(qū)的單體柱支柱通過(guò)十字鉸接頂梁連接，底部穿復(fù)合鐵鞋連成一體，單體支柱間排距為600mm，安裝單體液壓支柱時(shí)要求初撐力不小于90kN，設(shè)置3～5°的迎山角。為避免工作面回采后，上部垮落破碎的巖石對(duì)單體液壓支柱進(jìn)行沖擊、擠壓，采用工字鋼梁配合1.0×4.0m的8#金屬菱形網(wǎng)片的形式進(jìn)行護(hù)幫，采空區(qū)隔離通過(guò)在擋矸網(wǎng)外的巷內(nèi)側(cè)掛設(shè)土工布，并噴涂3～5cm厚的化學(xué)柔性材料防止采空區(qū)瓦斯泄露或漏風(fēng)。

圖4 5212工作面回采期間輔助支撐

5 5212軌道運(yùn)輸順槽沿空留巷期間礦壓觀測(cè)

5.1 5212軌道運(yùn)輸順槽在工作面回采前圍巖位移特征

5212軌道運(yùn)輸順槽成巷以后，對(duì)其全長(zhǎng)740m進(jìn)行圍巖位移情況的監(jiān)測(cè)，5212工作面聯(lián)絡(luò)巷為5212軌道運(yùn)輸順槽里程740m處。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)整理后得到如圖5所示的結(jié)果，根據(jù)巷道圍巖的破碎情況及控制效果可將其進(jìn)行分類[3～4]，I類，正常巷段：巷道頂板完整，無(wú)明顯網(wǎng)兜、片幫，頂板無(wú)明顯下沉；II類，圍巖輕度破碎巷段：巷道頂板表明凹凸不平，出現(xiàn)網(wǎng)兜、輕微片幫等現(xiàn)象，頂板略微下沉；II類，圍巖嚴(yán)重破碎巷段：由于斷層、地下水等因素的影響，巷道內(nèi)部表現(xiàn)有臺(tái)階，頂板和兩幫錨索出現(xiàn)拉斷脫落的現(xiàn)象，頂板出現(xiàn)冒頂，兩幫片幫嚴(yán)重。根據(jù)圖5所示的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)結(jié)果，5212軌道運(yùn)輸順槽成巷后I類累計(jì)長(zhǎng)度約為460m，占總長(zhǎng)的62.2%；II類累計(jì)總長(zhǎng)度為240m，占巷道總長(zhǎng)的32.4%；III類累計(jì)總長(zhǎng)度約為40m，占巷道總長(zhǎng)度的5.4%。由此可知，留巷前5212軌道運(yùn)輸順槽圍巖穩(wěn)定性良好。

圖5 5212軌道運(yùn)輸順槽巷道寬高圖

5.2 5212軌道順槽留巷中期巷道變形特征

在5212工作面推進(jìn)長(zhǎng)度達(dá)400m時(shí)，再次對(duì)5212軌道運(yùn)輸順槽圍巖的位移情況進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘查，整理后得到如圖6所示的結(jié)果。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果可以看出，采煤工作面后方及超前60m范圍內(nèi)圍巖位移量較大，超前工作面60m范圍內(nèi)，即5212軌道運(yùn)輸順槽里程250～310m區(qū)段內(nèi)，巷道的頂?shù)装逑鄬?duì)移進(jìn)量為300～500m之間，兩幫收斂量在150～200mm之間，巷道的高度和寬度整體變化較小，巷道圍巖支護(hù)情況穩(wěn)定；工作面后方巷道里程300～700m區(qū)段內(nèi)，圍巖的位移量達(dá)到最大，頂?shù)装逡平科骄s為800mm，兩幫相對(duì)移近量約為500mm，變形較大。至2018年9月，5212工作面回采完畢，留巷后期5212軌道運(yùn)輸順槽圍巖位移情況歸為I～I(xiàn)I類的共600m，成功留巷長(zhǎng)度達(dá)640m，南嶺煤業(yè)5212工作面無(wú)巷旁充填沿空留巷技術(shù)取得了階段性成功。

圖6 留巷中期5212軌道運(yùn)輸順槽圍巖收斂圖

6 結(jié)論和建議

為解決蘭南嶺煤業(yè)礦井采掘接替緊張的難題，提高工作面煤體采出率、巷道利用率，設(shè)計(jì)在該礦的5212工作面進(jìn)行無(wú)巷旁充填體沿空留巷技術(shù)，通過(guò)對(duì)其詳細(xì)的支護(hù)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)研究及現(xiàn)場(chǎng)礦壓觀測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及監(jiān)測(cè)結(jié)果表明取得了很好的支護(hù)效果，最終成功的沿空留巷長(zhǎng)度達(dá)640m，使該礦減少了三個(gè)掘進(jìn)工作面，消除了區(qū)段煤柱使每個(gè)工作面多采出12.45t煤炭資源，實(shí)現(xiàn)了5#煤層的無(wú)煤柱連續(xù)開(kāi)采積累了豐富的生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。建議：留巷期間一定要加強(qiáng)單體液壓支柱的管理，確保支柱垂直頂板或向采空區(qū)適當(dāng)?shù)膬A斜，支柱出現(xiàn)傾斜要及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，保證巷道內(nèi)輔助支撐具有足夠的強(qiáng)度。