沿空留巷巷旁支護的設計與應用分析

劉旭東

（山西寧武大運華盛莊旺煤業(yè)有限公司，山西 忻州 036700）

引言

與傳統(tǒng)的煤礦開采技術相比較而言，沿空留巷技術在實踐中表現(xiàn)出了更大的優(yōu)勢[1]，使得煤礦開采成本更低[2-3]。但沿空留巷技術對巷道支護技術要求相對較高，因此很長一段時間以來，該項技術并沒有得到大面積的推廣應用。隨著煤礦開采技術水平的不斷提升，以及對煤礦開采效率、回收率等要求的不斷提升，近年來沿空留巷技術在我國煤礦中的應用越來越多[4]。沿空留巷技術中最重要的就是巷旁支護技術，因此很多煤礦企業(yè)和學者對巷旁支護技術開展了大量的研究，且取得了一定的研究成果。本文以某煤礦為例，對沿空留巷巷旁支護技術進行了深入研究，分析了其在實踐中的應用效果。

1 礦井工作面巷道的基本情況

某煤層工作面的深度在414~464 m范圍內，煤層厚度在1.75~2.21m范圍內，煤層平均厚度為1.9 m，傾角在1°~2.5°范圍內，整體上還算比較平緩。結合實際情況煤層的采高設置2.21 m。煤層結構屬性相對較為簡單，內部包含了1~2層矸石，厚度在0.05~0.25 m左右，矸石主要是砂質泥巖或者泥巖。偽頂和直接頂厚度分別為0.4~1.2 m和4.5~5.6 m左右，主要為泥巖，底板厚度在1.6~4.4 m左右，主要就是砂質泥巖。為了提高煤礦資源的回收率，該煤層擬采用沿空留巷技術進行開采。但基于上述分析可以看出，煤層的屬性較為軟弱，對巷道支護技術提出了相對較高的要求，尤其是巷幫支護技術。

2 沿空留巷巷旁支護方案的設計

2.1 方案基本思路

在充分結合綜采工作面沿空留巷實際情況的基礎上，對巷旁支護技術方案進行了詳細設計。巷道內部利用傳統(tǒng)的錨索網再加上槽鋼進行聯(lián)合支護，巷旁則通過混凝土砌塊進行支護，其中砌墻的寬度設置為500 mm，為了提升巷旁支護效果，每間隔6 m需要設置加強墩，規(guī)格尺寸為700 mm×700 mm。通過在巷旁設置混凝土砌塊，能夠為巷道頂板提供非常大的切頂阻力，防止頂板出現(xiàn)拉應力進而出現(xiàn)裂紋垮塌，以此實現(xiàn)對沿空留巷進行保護的目的。

2.2 方案具體實施過程

施工前需要準備好相關的施工材料，其中最重要的是混凝土預制塊，要求利用C20混凝土進行澆筑，規(guī)格尺寸為200 mm×200 mm×500 mm。還需要準備單體支柱，木背材，要求長度為500 mm，鋼模板等。準備好施工材料后，可按照以下施工步驟與技術要求施工：

1）墻體。在綜采工作面往前推進后，需要盡快進行混凝土砌塊的砌筑工作，要求砌筑位置與液壓支架之間的距離控制在0~5 m范圍內。墻體厚度為500 mm，每間隔6 m設置一個加強墩，規(guī)格尺寸為700 mm×700 mm。混凝土砌塊進行錯縫砌筑，且砌塊間利用水泥砂漿進行粘接。墻體上部與巷道頂板之間的距離控制在100~150 mm左右，該空間通過木材進行填充，見圖1。

圖1 沿空留巷巷旁支護平面示意圖

2）下出口支護。沿著工作面往前推進方向，緊跟機頭后方通過單體液壓支柱再加上金屬鉸梁，設置兩排支柱進行支護。其中，兩排立柱間的距離為800 mm，同排前后立柱間的距離為600 mm。在臨近采空區(qū)一方增加設置間距更小的立柱，具體間距為300 mm，但是在工作面往前推進20 m左右后，可以將此排立柱進行撤銷。

3）滯后加強支護。為了提升沿空留巷的穩(wěn)定性，在工作面后方約60 m左右的位置專門設置了加強支護。具體為沿著墻體方向，通過單體液壓支架配合使用槽鋼架梁設置立柱，縱向間距設置為900 mm。要求液壓支架初始的支撐力大小不得低于90 kN。

4）超前加強支護。同樣利用單體液壓支柱進行超前加強支護，加強支護范圍為20 m，立柱之間的縱向距離設置為900 mm，見圖2。

圖2 沿空留巷巷旁支護方案斷面示意圖

3 沿空留巷巷旁支護技術的應用

3.1 沿空留巷巷道圍巖移近量情況分析

為分析巷旁支護方案的實踐效果，在綜采工作面前進方向設置了3個觀察站，分別對頂底板移近量和兩幫移近量進行了連續(xù)監(jiān)測。由圖3可知，在工作面后方，頂底板移近量相對較小，但在工作面前方，隨著與工作面距離的增加，巷道頂底板移近量逐漸增加，最終基本趨于穩(wěn)定，最大值約為180 mm。兩幫移近量隨距工作面距離的演變曲線具有類似的演變規(guī)律，但最大值只有150 mm。基于以上分析可以看出，在本文所述的沿空留巷巷旁支護方案作用下，巷道頂底板移近量和兩幫移近量均控制在了可以接受的范圍內，有效保障了巷道圍巖的穩(wěn)定和安全。

圖3 巷道頂底板移近量隨距工作面距離的演變曲線

3.2 混凝土砌塊墻體的受力情況分析

為了對混凝土砌塊墻體的壓力進行檢測，沿著綜采工作面前進方向分別設置了3個觀測站，在觀測站中將液壓枕替換木頭枕，液壓枕內設置的傳感器可以對壓力進行實時檢測。由圖4可知，在工作面后方，主要由設置的單體液壓立柱承擔巷道頂板的壓力，混凝土墻體承受的壓力基本為0。在工作面前方，巷道頂板的沉降量達到預定值，混凝土砌塊墻體開始承受載荷，且隨著與工作面距離的增加，墻體承受的載荷越來越大。但是承受的最大應力沒有超過30 MPa，完全在混凝土砌塊能夠承受的范圍內。在實踐過程中，發(fā)現(xiàn)墻體中出現(xiàn)了較小的裂縫，寬度在1~5 mm范圍內，長度在10~50 mm左右。這些細小的裂縫并不會影響混凝土砌塊墻體整體的穩(wěn)定性。綜上，混凝土砌塊墻體能夠保證巷道圍巖的穩(wěn)定，避免出現(xiàn)垮塌的問題。

圖4 混凝土墻壓力隨距工作面距離的演變曲線

4 沿空留巷巷旁支護應用效果的分析

沿空留巷煤礦開采技術是我國正在大力推行的先進技術，該項技術能夠提升煤礦資源的開采回收率，具有顯著的經濟效益。本次在煤礦工作面中采用沿空留巷技術進行煤礦開采，使得下區(qū)段工作面可以少掘進一條巷道，顯著提升了煤礦開采效率，降低了煤礦開采成本。根據以往的實踐經驗，掘進一條巷道需要的成本大約在7萬元，且不采用沿空留巷開采方式時，少開采的煤礦資源約為400 t，煤礦價格按500元/t計算，則少產生的經濟效益為20萬元。以上兩項合計為27萬元。除此之外，還可以節(jié)省很多設備投資和人員費用。總而言之，采用沿空留巷開采技術，可以為煤礦企業(yè)創(chuàng)造良好的經濟效益。

5 結論

對巷旁支護方案的使用效果進行了連續(xù)監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，巷道頂底板移近量和兩幫移近量均在合理范圍內，混凝土砌塊墻體的壓力也相對較小，有效保障了沿空留巷巷道圍巖的穩(wěn)定和安全。