厚煤層無煤柱自成巷碎石幫成巷技術的應用研究

（山西汾西礦業集團高陽煤礦 山西 032300）

沿空留巷一直以來都是實現煤礦安全高效開采的主要技術手段之一，同時也是無煤柱開采技術。傳統情況下，沿空留巷技術大多數都是直接利用混凝土、高水材料等各種不同類型的材料在留巷采空區一側砌筑對應的墻，以此來逐漸形成留巷的巷幫。切頂卸壓無煤柱自成巷技術在提出以及具體應用中，一般都是直接利用聚能爆頂裂頂板，逐漸形成切縫，這樣可以促使采空區的一側頂板直接在礦山壓力的影響和作用下，完成切落。對垮落的矸石一般都會直接利用金屬網、可伸縮的U型鋼等，對其進行支護，以此來逐漸形成留巷的巷幫。尤其是當前隨著科學技術的不斷進步和快速發展，傳統的技術以及填充方式等都有所改進和優化，不僅有利于實現對穩定性的合理控制，而且還有利于實現對成本降低目標。

1.工程概況分析

(1)工程地質及巷道布置

某煤礦工程S1201-II工作面是在2-2的煤層上，對該工作面展開詳細分析和計算統計之后，得出該工作面的整體走向長度為2344m，傾向的長度為280m。與此同時，煤層的平均厚度是4.11m，埋藏的整個深度大概為90m至165m的范圍之內，與水平煤層之間的距離相對比較接近。切頂卸壓無煤柱自成巷開采技術在應用時，通常情況下都是直接將巷道的布置方式進行適當的轉變，從傳統提前掘巷逐漸轉變成為采掘同時進行。也就是回采多個工作面時，并不需要提前對工作面的巷道進行掘進處理，采區的整個邊界巷道在貫通之后，區段回采巷道大多數情況下都是直接在采煤機截煤時，在預定的位置處，將巷道空截出，緊接著利用恒阻錨索支護，對巷圍巖的變形情況進行有效控制。在實踐中，必須要結合現實要求，積極采取有針對性的對策，與側擋矸支護體系進行結合，保證該體系的穩定性、可靠性，以此來保證采空側碎石巷幫可以自動形成巷道，實現無煤柱的開采目標。如圖1所示。

圖1 工作面巷道布置示意圖

(2)頂板支護參數分析

圖2 巷道支護設計斷面示意圖

實踐中，要對順槽巷的寬度積及高度提前預留出對應的標準要求，寬度控制在6200mm，高度則控制在3750mm。通常情況下，巷道的頂板每排都會布置5根恒阻，其對應的數值為35t的恒阻大變形錨索。錨索對應的排距控制在800mm，如圖2所示。

2.碎石巷幫成巷原理及受力特征分析

(1)碎石巷幫成巷原理分析

切頂卸壓無煤柱自成巷一側巷幫通常情況下，都是直接由采煤機割成。而另外一側的巷幫在實踐中，主要是直接通過頂板定向切縫技術在其中合理的應用，直接由采空區垮落的矸石相互堆積而成。針對這一現象，在實踐中要通過對金屬網的合理應用，同時還要借助伸縮U型鋼，以此來實現對擋矸的支護，如圖3所示。

圖3 采空側碎石巷幫示意圖

可以伸縮的U型鋼，通常情況下都是直接由2節U型鋼，直接通過卡攬相互連接而成，在一定大小軸向的荷載影響和作用下，2根U型鋼，勢必會發生相對的滑移狀態。在這種形勢下，難免會產生讓壓作用，以此為基礎，有利于保證其自身能夠抵抗一定大小的側向壓力。與此同時，大多數情況下，普遍都是抵抗采空區矸石垮落過程，在該過程中勢必會產生出比較大的動壓。通過這種方式在其中的應用，有利于將其作為基礎，研發出一種既能在豎向支撐巷道頂板，又可以直接承受矸石側向壓力的切頂護幫支架。其自身的單架最大豎向支撐力的高度通常為4000kN，切頂力一般都是直接由立柱提供。另外，護幫力也都是直接由頂梁和底座內部的側推千斤頂提供完成。

(2)碎石巷幫成巷受力特征分析

對于采空區垮落的矸石，通常情況下都是直接以側向的擠壓力為主，通過鋼筋網、鉛絲網最終直接傳遞到后期的U型鋼當中。沿巷道軸線方向從中獲取單位寬度的側壁支護結構，在這種形勢下，采空區的矸石可以直接對U型鋼的擠壓力合力。由于U型鋼本身具有非常良好的伸縮性能特征，所以在整個頂板的擠壓影響和作用下，將會直接保持直線的形態，從而不會出現任何的彎曲和變形。由此可以看出，在實踐中巷道切頂側在變形之后的形狀，仍然可以被看作是直線形。

3.碎石幫側向壓力變化規律

為了從根本上實現對碎石幫圍巖受力、運動情況實時有效觀察和判定分析，碎石幫側在對側向壓力傳感器進行布置時，其根本目的就是為了實現有針對性的監測和分析，以此為基礎，實再對巷道碎石幫側設置側向的壓力監測點，總共需要設置9個，編號分別是N1-N9。傳感器在實際應用中，通常情況下都是直接通過恒阻錨索托盤、金屬網等實現與矸石相互之間的有效接觸。實踐中，必須要結合現實要求，從中選擇2個典型的側壓力測站展開更加深入的探究和分析，N4以及N7監測站分別與切眼之間的距離為90m、190m。碎石幫側向壓力的傳感器在布置時，要保證布置的科學性、合理性。

在針對碎石幫N4、N7測站壓力進行監測后，最終的監測結果為：首先，兩者的測站壓力變化趨勢具有一定的相似之處。通常情況下，在前60m的位置處，其自身的側向壓力出現急劇上升的趨勢，緊接著后期由于增速而逐漸減緩，一直在持續的增大。通常情況下，大概在滯后工作面150m之后，壓力會基本上處于相對比較穩定的狀態。其次，在滯后的工作面60m范圍之內，由于與工作面之間的距離相對比較近，受到采動的影響，老頂回轉出現明顯的下沉趨勢，采空區頂板的巖石正處于一種相對比較激烈的運動狀態下，最終導致的結果就是碎石幫側向壓力逐漸升高。在滯后工作面60m至150m的位置處，采空區垮落的矸石在上覆巖層的壓力影響和作用下，一直被壓實。該階段在實踐中，主要是以矸體的壓實為其中的主體組成部分，側向的壓力變化相對比較平緩。在整個滯后工作面的150m之后，采空的區垮落矸石目前已經基本壓實，同時已經形成一種全新的穩定結構，在該結構的影響和保護下，碎石幫受力一般可以達到一種平衡狀態。與綜合分析結果進行結合后，不難看出在實踐中，該煤礦的厚煤層切頂卸壓無煤柱自成巷碎石幫側向壓力逐漸處于穩定狀態時，其自身的對應滯后性工作面為150m。與此同時，采空區的巖體整體表現狀態為垮落、壓實以及穩定，以這種動態化的演變過程為主。

工作面通常在回采之后，頂板的巖石會逐漸跨落，為了從根本上防止垮落的矸石直接竄入到對應的巷道當中，需要直接向巷內鼓出變形，采空區碎石巷幫則會直接利用“切頂護幫支架+可伸縮U型鋼+金屬網”的方式來完成有針對性的支護。可伸縮的U型鋼間距為600mm，同時，U型鋼需要以豎直布置方式為主，利用鐵絲直接將其與金屬網相互之間進行有效的連接和固定。金屬網直接利用柔性8#的鉛絲網與鋼筋網相互搭配使用。需要注意的一點就是，菱形網的規格為4200mm×1000mm，鋼筋網規格為3800mm×1000mm。

經過現場實際監測以及具體應用后，可以總結出滯后工作面的150m范圍內，碎石幫的變形情況相對比較明顯，同時整個變形速度也相對比較快。采空區內的巖體垮落以及壓實通常都是一個漸進的過程，垮落過程中，矸石對擋矸結構的主要表現作用就是沖擊。在整個壓實中，其主要的作用就是橫向的擠壓。在整個階段中，必須要結合現實要求，及時采取有效措施，這樣才能夠起到良好的處理效果。由于采空區域頂板巖石處于相對比較激烈的狀態，在上覆巖層方面的壓力會受到運動影響逐漸被壓實。同時，滯后工作與矸石之間的距離會越來越大，壓實度也比較強。

4.結語

無煤柱自成巷技術在應用時，采空區跨落矸石的合理應用，整個操作過程比較簡單，可以為相關工程項目提供可靠的依據作為參考。采空區巖體整體的動態演變過程為垮落、壓實、穩定，滯后的工作面不同距離的碎石幫側向壓力變化規律有所不同，要結合現實要求，對其展開合理的判斷和分析。