動壓區沿空留巷復用巷道修復技術

張 亮，羅明坤，李 雷，雷平博，羅厚林

(1.潞安環能股份公司 漳村煤礦，山西 長治 046032；2.陜西開拓建筑科技有限公司，陜西 西安 710054 )

作為一個持續性的工程，沿空留巷的工程周期可劃分為三個階段：①留巷初期，巷道開挖階段至工作面回采前；②留巷中期，即隨著工作面回采，開始留巷至留巷結束；③留巷末期，下一個工作面開始回采至所留巷道報廢。但目前大多數的研究工作都是圍繞留巷中期對巷道穩定及礦壓顯現的控制而展開[1-3]，對留巷后期巷道的使用及修復工作的研究進行得較少。在留巷后期，隨著下一個工作面的推進，之前所留巷道隨著工作面的回采，再次受到采動壓力的影響，會發生較大的變形和破壞。因此，為了滿足留巷末期下個工作面的運輸、通風等需求，必須對所留巷道變形部分進行有針對性的修復，以確保在留巷后巷道斷面能夠滿足基本使用要求。本文以漳村煤礦2309工作面柔模混凝土沿空留巷修復為工程實例，對沿空留巷巷道修復技術進行了研究。

1 工程概況

漳村煤礦2308工作面位于該礦+580 m水平的西部，主采二疊系下統山西組下部3號煤層，該煤層賦存穩定，平均厚度為6.48 m。工作面走向長469 m，傾向長243 m。2018年6月該工作面開始采用柔模混凝土支護方法對運輸巷進行沿空留巷，作為2309工作面回風巷使用，共留巷469 m。2308工作面、2309工作面布置及煤層頂板巖性如圖1、表1所示。

2309工作面于2019年6月開始回采，但在回采過程中受到二次采動的影響，2309回風巷(原2308沿空留巷巷道)在工作面前方30 m范圍內壓力顯現明顯，巷道發生變形，巷道高度不足2 m；為保證礦井正常生產，亟需對所留巷道進行修復。

圖1 2308及2309工作面布置

表1 煤層頂底板巖性

2 巷道變形特征及破壞原因分析

2.1 沿空留巷基本支護情況

2308運輸巷在掘進期間采用D22 mm×2 400 mm的錨桿作為基本支護，間排距900 mm×1 000 mm，采用鋼筋梯子梁連接，鋼筋網護表；采用D18.9 mm×7 300 mm、1×7股高強度低松弛預應力鋼絞線進行加固，以“2-0-2”形式布置，間排距1 600 mm×2 000 mm。沿空留巷期間對2308運輸巷回采側進行擴幫1.3 m，頂板打設兩根錨桿和1根錨索，錨桿間排距800 mm×1 000 mm，錨桿規格同基本支護，同時對原巷道頂板打設錨索補強，均采用D21.8 mm×7 300 mm、1×19股高強度低松弛預應力鋼絞線，間排距1 600 mm×2 000 mm，補強錨索采用W鋼帶連接。具體支護示意如圖2所示。

圖2 2308運輸巷沿空留巷支護斷面(mm)

2.2 變形特征

2309工作面在回采期間，2309回風巷(原沿空留巷巷道)受到動壓影響，工作面前方，尤其是0～30 m范圍巷道變形明顯，具體表現為：頂部出現網兜，頂板下沉400～500 mm，底板出現底鼓現象，底鼓量達到500～600 mm，巷道高度由留巷中期的2 800 mm收縮變形為1 800 mm。

2.3 破壞原因分析

1) 高地應力。2309回風巷(沿空留巷巷道)自掘進起到2309工作面回采期間，共經受3次采動影響，分別為2308運輸巷掘進，2308工作面回采和2309工作面回采。多次的采動影響，使該條巷道上方圍巖產生強烈的破壞和移動，并且隨著2308工作面和2309工作面采空區頂板的逐次垮冒，2309回風巷上方老頂也隨之逐次發生斷裂、回轉和下沉，并在巷道上方形成高應力區直接作用于下方留巷[3-5]。此時經受多次擾動，巷道淺部圍巖及煤體也更加破碎，在2309工作面回采期間巷道的塑形區進一步增大[6-8]，造成巷道發生變形，沿空留巷上覆巖層結構見圖3。

圖3 沿空留巷上覆巖層結構

2) 補強支護強度偏低。2309工作面在回采期間，對2309回風巷自上切口向外采用π型鋼+單體柱的形式進行超前加固，支護方式為垂直巷道打設一梁三柱，排距1 m，打設20 m。單體柱布置方式為第一根距柔模混凝土墻體300 mm，第二根距墻體1 000 mm，第三根距墻體2 000 mm。該種加固方式未與巷道的實際條件相結合，留巷寬度4 500 mm，加固寬度僅3 300 m，造成2309回風巷補強支護強度偏低，且煤柱側存在補強空白帶。

3) 支護缺乏針對性。2309工作面在回采期間，未結合工作面前方巷道的實際壓力情況，僅對2309回風巷采用π型鋼+單體柱進行補強，補強支護缺乏針對性，未起到應有的補強支護作用。

4) 采高與巷高不一致。2309工作面回采期間，因為底煤的存在，巷道向下落底，造成工作面頂板與巷道頂板形成一個1.5 m的錯差帶；因頂板錯差帶的存在，造成頂板壓力向錯差帶集中，最終造成巷道頂板離層、下沉。

5) 水浸影響。2309工作面在回采期間，采面和采空區有涌水現象且水量相對較大，但并未引起足夠重視，未對涌水進行妥善管理，造成巷道內水亂流，浸泡底板的現象。由表1可知，該礦3號煤層底板為砂質泥巖，該類巖石松軟破碎，遇水極易膨脹變形，為膨脹性軟巖，因此2309回風巷底板受水影響軟化，受力后發生底鼓和頂板與墻體下沉。

3 巷道修復方案

1) 增加超前加固長度，增加支護強度。原超前加固長度為20 m，根據現場礦壓顯現情況，將之增加至30 m；同時將之前的“一梁三柱”增強為“一梁四柱”，排距由1 000 mm調整為600 mm，單體柱由之前的布置方式調整為距墻分別300 mm、1 500 mm、2 700 m和3 900 mm。另外，沿2309回風巷回采側700 mm位置對頂板補打1根D21.8 mm×7 300 mm、1×19股高強度低松弛預應力鋼絞線錨索，排距2 000 mm，超前工作面100 m。具體方案如圖4所示。

圖4 2309回風巷修復支護斷面(mm)

2) 加強回采管理，保證工作面采空與巷道頂板平齊。首先必須沿底板回采，超前工作面10 m起底至煤層底板堅硬處，起底后的高度不低于2.6 m；其次將采高控制在2.8～3 m之間，盡量減少工作面頂板和巷道頂板之間的落差。

3) 加強工作面及采空區涌水的管理。在工作面及采空區水流至上切口時，通過裝煤編織袋截水，并在工作面上切口增加蓄水池，安設氣動泵進行排水，保證工作面的水能及時排出。

4 修復效果分析

為監測沿空留巷動壓段巷道礦壓，檢驗沿空留巷的修復效果，利用十字布點法對沿空留巷動壓段巷道實施了巷道圍巖變形監測，共布置三組測站，兩組位于動壓區，一組位于動壓區外。經監測，應用上述修復方案后，沿空留巷動壓段巷道頂板下沉量最大238 mm，頂底板相對位移量最大287 mm，動壓區以外巷道頂板下沉量最大186 mm，頂底板相對位移量最大234 mm。由此可知，沿空留巷復用巷道采用以上修復方案后，巷道變形較小，與動壓區以外巷道相比變形亦不大，沿空留巷復用巷道動壓區變形基本得到有效控制。

5 結 語

1) 通過分析漳村煤礦沿空留巷復用巷道受動壓影響后的變形特征和破壞原因，設計了留巷修復巷道的支護方案，改進了工作面的回采工藝，提出了工作面涌水管理辦法，改善了工作面生產環境。

2) 通過對2309回風巷修復后，留巷頂底板移近量小于300 mm，且頂板無顯著離層，確保了礦井的安全高效生產。