坪上煤業(yè)分層開采沿空留巷的應用實踐

邊 福

（晉能控股煤業(yè)集團鄂托克前旗恒源投資實業(yè)有限責任公司，山西 晉城 048006）

坪上煤業(yè)位于山西省晉城市沁水縣端氏鎮(zhèn)，生產(chǎn)能力為90萬噸/年，斜井開拓，現(xiàn)有個井筒，現(xiàn)在采3#煤，平均厚度為5.35m，礦井采用分層開采工藝，實驗巷道為23042巷，其規(guī)格為：毛高2.9m，毛寬3.5m，毛斷面面積10.15m2；凈高2.8m，凈寬3.4m，凈斷面面積9.52m2。該工作面位于井田西翼的北部，地面標高650～800m，巷道標高240～250m，蓋山厚度220～503m，在原有巷道的基礎上一次擴巷至設計寬度并在擴大后的巷道中央設置寬1200mm的鋼筋混凝土隔離墻代替煤柱，實現(xiàn)采面的無煤柱開采。

1 地質(zhì)情況介紹

1.1 水文地質(zhì)情況

工作面底板突水系數(shù)Ts=0.035-0.039MPa，按規(guī)范正常塊段不大于0.10MPa，構(gòu)造破壞塊段不應大于0.06 MPa。因此在無斷裂構(gòu)造等導水通道溝通情況下，不會發(fā)生底板突水事故，預計最大涌水量為20m3/h，正常涌水量為1m3/h，巷道周圍沒有采空區(qū)積水。

1.2 煤層及其頂?shù)装鍘r石性質(zhì)

1）頂板巖石性質(zhì)，老頂：巖石性質(zhì)為細粒砂巖，巖性特征灰色，以石英為主，含云母，見少量菱鐵礦，F(xiàn)=12.4-14.3，厚度1.8～8.05m，平均厚度為5.03m。直接頂：巖石性質(zhì)為泥巖，巖性特征灰黑色，厚層狀，含少量植物化石，F(xiàn)=3.0-7.0，厚度為4.65～6.30m，平均厚度為5.79m。偽頂：巖石性質(zhì)為炭質(zhì)泥巖，巖性特征黑色，質(zhì)軟，F(xiàn)=1.0左右，厚度0.1-0.3m。

2）底板巖石性質(zhì)，直接底：巖石性質(zhì)為泥巖，巖性特征灰黑色，以均勻?qū)永頌橹鳎S富的植物根化石，F(xiàn)=5.0-7.0，厚度0.96～6.19m，平均厚度3.94m。老底：巖石性質(zhì)為細粒砂巖，巖性特征灰色，細粒砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，主要成分石英、長石，分選性、磨圓度較差，厚度0.13-4.74m。

3）煤層，煤層為3#煤層，3#煤為黑色，光亮型，條帶狀，以亮煤、鏡煤為主，結(jié)構(gòu)簡單，一般不含夾矸。節(jié)理較發(fā)育，煤層走向0-80°。煤層平均厚度5.35m，煤層傾角2°～18°，平均6°，普氏系數(shù)2.0-3.0。

2 施工工藝

2.1 巷道擴巷施工工藝

在擴巷過程中使用120綜掘機配合轉(zhuǎn)載機和40T溜槽，沿3#煤層頂板按中線掘進，采用掘支單行，掘進兩排，支護兩排，全斷面一次成巷的作業(yè)方式。

2.2 鋼筋混凝土隔離墻施工工藝

1）一次擴巷施工至一定安全距離時，在巷道底部開挖隔離墻基礎，基礎規(guī)格：寬1.8m×深0.5m。在基礎內(nèi)施工底板植筋和基礎配筋，然后回填灌滿混凝土。澆筑的混凝土基礎強度符合要求時，在成型的混凝土基礎上掛設柔性模板，澆筑混凝土隔離墻。

2）澆筑隔離墻基礎方式及參數(shù)，①隔離墻基礎規(guī)格及參數(shù)，a.底板植筋方式和參數(shù)，底板植筋每排布置2根錨桿，間距1300mm，排距750mm，全部垂直底板施工。錨桿桿體為22#左旋無縱肋螺紋鋼筋，錨固長度為1208mm，錨固力不低于120kN。錨桿外露600mm，確保底板澆筑上好托盤緊固后高出原底板100mm；b.基礎配筋方式和參數(shù)，鋼筋網(wǎng)設置距離基礎底部和頂部100mm位置處，分別布置兩層受拉鋼筋網(wǎng)，具體配筋如圖1所示：

圖1 隔離墻基礎示意圖

圖2 柔模隔離墻使用對拉錨栓布置圖

c.混凝土設計。隔離墻基礎（即基坑）內(nèi)配筋完成后，采用C50自密實塊硬早強混凝土回填灌滿，待混凝土基礎澆筑3天后可在基礎上澆筑柔模混凝土隔離墻。隔離墻、C50混凝土配合比例為：水泥型號52.5#，水泥680kg、砂子800kg、石子900kg、專用外加劑1.3kg、水275kg；②澆筑隔離墻方式及參數(shù)，在一次擴巷區(qū)澆筑柔模混凝土隔離墻混凝土配比同基礎一致，墻體規(guī)格為寬1.2m×高2.9m。墻體一側(cè)與23042巷原煤柱幫平齊，另一側(cè)距離一次擴巷后新煤幫2300mm。墻體澆筑時具有3°迎山角，減輕墻體壓力，減少底鼓量。模板采用無煤柱開采橫斜雙拉纖維柔性模板，該模板由外部加筋纖維布和內(nèi)部拉筋組成為封閉的三違紡織結(jié)構(gòu)，為封閉的三維紡織結(jié)構(gòu)，外形與支護體相同，是支護體的預成型體［1］。

柔模隔離墻使用對拉錨栓進行緊固。每排布置4根錨栓，間排距750mm×750mm入圖2所示，全部垂直于墻面安設，錨桿外露不大于80mm（因施工原因造成錨桿外露超標時，可多墊1-2個托盤）。錨栓桿體為超強熱處理左旋無縱肋螺紋鋼筋，BHRB500，桿體直徑22mm，桿體長度1400mm，桿體兩端設有螺紋，桿尾螺紋公稱直徑為M24，采用滾壓加工工藝成型，桿尾螺紋長度為120mm。錨栓托盤采用拱形高強度托盤配合球型墊和減阻尼龍墊圈使用，托盤尺寸不低于150mm×150mm×12mm，拱高度不低于36mm，托盤承載能力大于23t。墻體澆筑成型3天后預緊力矩為300N·m［2］；③混凝土隔離墻施工工藝流程：安全檢查——清理待澆筑區(qū)巷道頂?shù)装濉烦讨鲄^(qū)中央位置單體——利用待澆筑區(qū)兩側(cè)單體掛膜——利用錨栓、鋼筋梯限位柔模——再次檢查柔模質(zhì)量——泵注混凝土——柔模接頂——柔模混凝土墻體養(yǎng)護。

3 永久支護設計

永久支護。

1）頂板支護：采用樹脂加長錨固，錨網(wǎng)梁、單體液壓柱組合支護系統(tǒng)，并采用錨索補強支護。

錨桿、單體柱布置：錨桿排距1.0m，間距1.0m，每排4根，單體柱每排一支。采用無縱肋左旋螺紋鋼樹脂錨桿，長度為2.4m，其規(guī)格為MSGLW-400/22×2400。液壓柱必須超過23042巷一次擴巷正前煤壁10m，初撐力不小于90kN（11.5MPa）。

錨索布置：錨索每隔一排布置兩根。長度9.3m，其規(guī)格為SKP22-1/1770型，錨固方式為端部錨固，錨固長度1971mm。

鋼筋托梁規(guī)格：采用Φ16mm的鋼筋焊接而成，外寬100mm，長3200mm，在安設錨桿位置各焊兩根縱筋。

金屬菱形網(wǎng)：網(wǎng)孔規(guī)格50×50mm，采用10#鍍鋅鐵絲編織而成。

托盤：采用150mm×150mm×10mm配套的高強度拱形托盤［3］。

2）西幫支護：錨桿布置：每排3根，起錨高度700mm，錨桿間距900mm，距頂400mm，排距1.0m。采用玻璃鋼錨桿，型號為MGSC20/2000F，均垂直幫部打設。

托盤：采用配套的高強度圓形托盤。

W 鋼帶：W280×450/4.0 40×60［4］。

3）礦壓觀測結(jié)果，根據(jù)巷道已經(jīng)安裝間距不大于50m的錨桿測力計，觀測施工過程中的頂板應力變化和頂板下沉情況。經(jīng)對比后發(fā)現(xiàn)如下規(guī)律。

圖3 頂板壓力變化規(guī)律

通過圖3可以得出在工作面距離測力點還有30m時，測力點的頂板壓力才開始出現(xiàn)顯著變化，當工作面距測力點到15m時頂板壓力開始劇增，當工作面超過測力點5m后頂板壓力達到最大值，壓力也隨著距離的增加急劇下降，最終在30m后接近原來應力值，說明永久支護后的巷道頂板開始達到一個新的應力平衡點。

4 結(jié)語

1）沿空留巷在掘進的過程中通過圍巖頂板的應力觀測發(fā)現(xiàn)，巷道的施工對頂板圍巖的擾動時間集中，在支護后能快速的達到新的應力平衡點，在頂?shù)装逑鄬杂驳拿簩又芯哂休^高的實用價值。

2）為保證施工的安全，在巷道中部提前布置一排單體液壓支柱，能有效的緩解頂板壓力，提高支護工作面的安全系數(shù)，保證施工安全［5］。

3）沿空留巷配合隔離墻的施工能保證上層工作面的無煤柱開采，但是下層煤的開采數(shù)據(jù)還需要等到下層工作面順槽布置時實驗驗證。