綜放開采沿空留巷圍巖控制技術研究

趙慎棟

（汾西礦業集團曙光煤礦， 山西 孝義 032300）

引言

沿空留巷技術利用已有巷道作為下階段采面回采巷道，可顯著降低礦井巷道掘進工程量、降低巷道掘進支護等生產成本，緩解礦井采掘接替緊張局面。隨著沿空留巷技術的不斷完善，高強錨桿、錨索的應用，為沿空留巷圍巖控制提供了有效支撐[1-6]。以山西某礦3609 綜放工作面為背景，對沿空留巷圍巖控制技術進行探討，從而形成針對礦井實際條件的圍巖控制技術。

1 工程概況

某礦3605 綜放工作面設計開采長度為980 m、斜長155 m，開采的6 號煤層埋深平均550 m，厚度平均5.3 m，采放比為1：1，開采3 盤區內煤層結構簡單，煤層傾角10～14°。采面北側為已經回采完畢的3603 綜放工作面、南側為3607 綜放工作面實體煤（未回采），東側為保護煤柱。

礦井以往開采采用留設35 m 煤柱方式護巷，不僅需要掘進大量的巷道而且開采過程中采掘接替十分緊張，礦井時常面臨無面可采局面。為緩解采掘接替緊張局面，決定將3605 運輸巷保留下來作為臨近3607 綜放工作面回風巷。

2 3605 運輸巷圍巖控制技術

2.1 采空區幫擋矸防護

3605 運輸巷（巷高×寬=2.8 m×4.5 m），采用錨網索聯合支護方式。頂板采用高強預應力錨桿+鋼帶+金屬網+錨索支護；巷幫采用高強預應力錨桿+鋼帶+金屬網方式。

采面回采后采空區頂板巖層垮落，為了避免冒落矸石進入到3605 運輸巷內，需要進行擋矸防護，具體采用的擋矸防護措施為金屬網+塑料網+擋矸支柱+風筒布+錨索支，具體見圖1。

圖1 運輸巷擋矸支柱結構示意圖（單位：mm）

2.1.1 金屬網

采用的網孔規格為70 mm×70 mm 金屬網緊貼巷道頂板鋪設，與巷道頂板布置的金屬網片搭接（搭接寬度在140 mm 以上）搭接每隔140 mm 用14 號鐵絲綁扎牢固，所有的連接點均呈Z 型方式。

2.1.2 塑料網

將規格為3 000 mm×1 500 mm 的塑料網緊貼巷幫最外側布置，在頂板位置向巷道內有200 mm 外露距離，并采用尼龍繩與頂板金屬網搭接緊密；兩個臨近的塑料網間也采用尼龍繩扣緊。

2.1.3 風筒布

將風筒布布置在塑料網內側且在頂板處向巷道內側外漏200 mm 處，每間隔300 mm 用鐵絲將風筒布與頂板金屬網綁扎牢固，使鋪設的風筒布與頂、底板接觸密實，從而降低后續采面通風時的漏風量。

2.1.4 擋矸支柱

用11 號工字鋼作為擋矸支柱（長2 300 mm），每個支柱由兩根工字鋼組成，并用U 型限位塊連接兩根上下工字鋼。上部的工字鋼布置在巷道內側（限位塊面向采空區布置），工字鋼頂部沿著切縫線布置；下部工字鋼在外側且深入到底板中深度在500 mm以上。2 根臨近的檔桿支柱采用連接板連接，布置的擋矸支護間距為400 mm。

2.1.5 錨索

在擋矸支護中下部位置由于受到側向巖石作用力，會出現一定程度彎曲變形量，為了降低擋矸支柱變形量并使得支柱與采空區矸石成為一個整體，增加布置錨索控制擋矸支柱。采用的錨索規格為Φ18.9 mm×4 300 mm，每隔2 m 布置一根錨索（俯角45°），錨索錨固端深入到底板0.5 m 以上。采用長度2 700 mm 工字鋼作為錨索托盤，每根托盤固定6根擋矸支柱。具體巷幫布置的錨索見圖2[7]。

圖2 巷幫錨索布置示意圖（單位：mm）

2.2 切頂卸壓

超前切頂卸壓從3605 運輸巷起始留巷端開始至留巷端結束為止，從里向外依次進行切頂卸壓，從而降低3605 采空區上覆巖層垮落對運輸巷留巷段造成的影響，降低圍巖變形量。

2.3 巷道補強加固

當對運輸巷進行切頂卸壓后對運輸巷進行補強加固，具體的補強加固范圍與切頂卸壓范圍一致，頂板、采空區幫補強分別采用錨索帶、錨索梁方式。先在擋矸支柱向采空區底板方向按照30°～45°俯角施工2 根錨索（規格Φ18.9 mm×7 500 mm），錨索排距為1 600 mm，外漏鎖具150～250 mm，每個錨索采用4 卷MSCK2360 錨固劑錨固，確保給錨索預先施加的張緊力在150 kN 以上。

2.4 臨時支護

待在采空區后方0～50 m 范圍內采用以π 型梁+單體支柱構成的邁步式臨時支護措施，沿著巷道走向方向布置抬棚，從而避免留巷巷道底板底鼓，發現支柱出現彎曲、支柱以及卸壓柱等情況時及時進行修整。

在臨時支護段采用一梁五柱支護方式，其中靠近采空區的第1 根單體支柱與擋矸支柱間距離為300 mm；第2、3、4、5 根支柱與檔矸支柱間間距依次為600 mm、1 500 mm、2 500 mm、3 800 mm，具體滯后段臨時支護設計見圖3。

在3605 綜放工作面運輸巷內采用以切頂卸壓、巷道頂板補強加固、采空區幫擋矸支護以及滯后段臨時支護為核心的沿空留巷圍巖控制技術。

3 圍巖控制效果分析

圖3 滯后段臨時支護示意圖（單位：mm）

在3605 綜放工作面運輸巷采用圍巖控制措施后，圍巖變形量在安全范圍內。通過采用沿空留巷技術實現無煤柱開采，緩解采掘接替緊張局面的同時提升了煤炭開采率，為后續的瓦斯治理、防治水、地質勘探等工作開展贏取了時間。采用沿空留巷后雖然需要對運輸巷進行修整，但是整體工程量遠小于新掘巷道。

通過在3605 運輸巷沿空留巷段圍巖變形監測發現，在留巷后25 d 左右時圍巖變形趨于穩定，變形以底鼓為主，最大底鼓量為125 mm，采空區幫以及煤體幫變形均小于80 mm。總體來說，在3605 運輸巷采用的圍巖控制技術可以滿足巷道后續使用需要。

4 結論

1）沿空留巷可顯著降低巷道掘進工程量，提高煤炭開采效率。3605 綜放工作面運輸巷采用切頂卸壓沿空留巷方式，為了實現對沿空留巷巷道圍巖控制，提出采用以在采空區幫施工擋矸支柱、巷道頂板補強加固、采面后方臨時支護為核心的圍巖控制措施。

2）在3605 運輸巷采用圍巖控制措施后，圍巖變形量在安全范圍內，巷道變形以底鼓為主最大變形量為125 mm，巷幫、頂板變形量均在80 mm 以內。在巷道后續使用過程中僅需要進行局部修整即可滿足要求。