沿柔模混凝土墻掘巷無煤柱開采技術應用研究

李慶亮

（山東宏陽礦業有限公司，山東 濟寧 272400）

沿空掘巷是煤礦井下開采常用的巷道掘進技術之一[1]。沿空掘巷可實現無煤柱護巷，減少巷道掘進量，縮短采掘交替時間，是煤礦開采技術的一項重大革新，具有顯著的技術和經濟優勢[2-3]。然而，當礦井地應力較大時，沿空掘巷礦壓顯現明顯，需采用一定的巷旁支護。因此，研究沿柔模混凝土墻掘巷無煤柱開采技術具有重要的工程價值[4-5]。

1 工程概況

山東宏陽煤礦12煤一采區，從西至東分別為12101、12102、12103工作面。12102工作面西側緊鄰12101工作面軌道順槽，東側緊鄰12102工作面運輸順槽，工作面主采12層煤，煤層均厚2 m。12煤一采區綜采工作面布置如圖1。

圖1 12煤一采區綜采工作面布置

沿柔模混凝土墻掘巷無煤柱開采是在12101工作面軌道順槽沿副幫澆筑一道柔模混凝土墻體，緊貼柔模混凝土連續墻掘進12102工作面軌道順槽，實現無煤柱開采。沿砼墻掘巷無煤柱開采技術原理如圖2。

圖2 沿砼墻掘巷無煤柱開采技術原理

2 12102工作面沿墻掘巷支護及施工

2.1 沿墻掘巷施工

12102工作面軌道順槽作為12102綜采工作面進風及輔運巷道，掘進采用連續采煤機及其配套設備單巷掘進。巷道通風采用FBDV-№7.1/2×45局扇及Ф800 mm風筒遠距離供風。連續采煤機截割工藝流程如下：

（1）切槽。進刀位置選擇在巷道左側，沿激光指向儀的導向（左側3.2 m）為標準進行施工，從底板進刀，掘進一個循環深度后退機。

（2）采垛。完成切槽工序后，將連采機調至巷道另一側，當巷道設計寬度為5.0 m時，沿激光右側1.8 m為標準（巷道設計寬度為4.0 m時，沿激光右側0.8 m為標準）來確定位置，開始割剩余部分的煤。切槽和采垛工藝流程如圖3。

圖3 連采機切槽、采垛工序示意圖

2.2 支護參數

12102軌道順槽（沿墻掘巷）掘進工作面為矩形巷道。其中12102軌道順槽（沿墻掘巷）臨近12101綜采工作面采空區，頂板受采空區及回采采動影響較大，需加強巷道頂板支護管理。

12102軌道順槽采用“鋼筋網片+螺紋鋼錨桿+Ω型鋼帶+錨索”聯合支護。錨桿支護為5根/排，排距1 m；錨索支護為3套/排，排距2 m，錨索與Ω型鋼帶聯合加強支護。12102軌道順槽與12煤輔助進風巷交叉段巷道寬度超過8.0 m區域，應在擴幫處補打錨索及架設木垛進行補強支護。

12102軌道順槽與12101軌道順槽原有硐室貫通后，割壞的網片及錨桿應及時處理和補打，按照設計加固支護。遇到頂板破碎帶、離層、裂隙處及沖刷等復雜地質構造地段，必須嚴格執行“短掘短支”措施，錨索必須緊跟到掘進工作面正頭，加強頂板支護管理。當掘進工作面錨桿、錨索達不到設計錨固力，應及時根據生產實際中頂板狀況考慮采取加密支護或變更支護間排距等措施加強支護，嚴防冒頂事故發生。

掘進期間，12102軌道順槽巷道正幫必須掛設塑料網，幫網支護緊跟至破碎機后方。若工作面遇到煤壁酥松破碎、較大裂隙發育及炸幫等片幫嚴重段，必須在巷道正幫自上而下掛設兩茬塑料網（若掘進期間幫部片幫不嚴重，只施工上幫網，待巷道全部掘進完畢后再施工下幫網；若掘進期間幫部片幫嚴重，需上下幫網一起施工）。幫錨桿采用Φ18 mm×1600 mm玻璃鋼錨桿，矩形布置，2套/1.5 m，間距1.3 m。沿混凝土墻掘巷支護圖如圖4。

圖4 沿混凝土墻掘巷支護圖

2.3 巷道支護參數校核

（1）錨桿長度校驗

頂錨桿長度應滿足：

式中：L為錨桿總長，m；L1為錨桿外露長度，m；L2為錨桿有效長度，m；L3為錨桿錨固長度，m。

L2按式（2）、式（3）計算：

式中：B、H為巷道掘進寬度和高度，B=5.4 m，H=3.4 m；f為頂板巖石普氏系數；w為兩幫圍巖的內摩擦角，（°）。

故：f=3時，L2=b=B/2f=5.4/（2×3）=0.9 m；Lf=3=L1+L2f=3+L3=0.05+0.9+0.6=1.55 m；

f=4時，L2=b=B/2f=5.4/（2×4）=0.68 m；Lf=4=L1+L2f=4+L3=0.05+0.68+0.6=1.33 m。

根據上述計算得出：L＞Lf=3，L＞Lf=4，故：所選錨桿L=2.1 m能夠滿足計算要求。

（2）錨桿間排距

錨桿間排距校核公式如下：

式中：a為錨桿間距，m；Q為頂錨桿的承載力，kN；r為巖體容重，kN/m3；k為安全系數。

錨桿長度為2.1 m時，L2=L-L1-L3=1.45 m；計算得a=1.16 m，故錨桿間排距取1 m符合要求。

3 巷道圍巖移近量及錨索阻力觀測

3.1 圍巖移近量測點布置及觀測結果

截止掘巷貫通，共設置42個巷道圍巖移近量觀測測點，選取38個數據較多的測點繪制頂板及兩幫移近量如圖5。

圖5 巷道頂底和兩幫最大移近量

由圖5可得：巷道頂板最大移近量為100 mm，兩幫最大移近量為98 mm，頂板和兩幫移近量均較小，可見沿空掘巷巷道圍巖位移量在可控范圍之內。

3.2 錨索測力計觀測及結果

錨索測力計量程400 kN，打設錨索后張拉之前將測力計安裝好，共安裝三組錨索測力計。選取一組測力計觀測結果如圖6。

圖6 錨索測力計觀測結果

從圖6可以看出，2號測力計所在的錨索工作阻力最大，達153 kN，相比張拉時的初始讀數增加了75.9 kN。5號測力計所在錨索工作阻力最小，為52 kN。距工作面后300 m，錨索阻力逐漸趨于穩定。

4 效果

4.1 經濟效益

12102工作面使用沿柔模混凝土墻掘巷無煤柱開采技術，取消了15 m的護巷煤柱2個，12煤多回收煤炭資源約3萬t。按噸煤利潤150元計算，可多創造利潤450萬元；按50 m布置一個聯巷，少掘聯巷約14個，約210 m，少打密閉28道，聯巷掘進支護按3600元/m，每個聯巷1道密閉，每道密閉按4000元計算，共計節省86.8萬元。單個工作面綜合效益達536.8萬元。

4.2 社會效益

沿柔模混凝土墻掘巷無煤柱開采技術，利用1 m厚的柔模混凝土墻體代替了15 m的煤柱，提高了資源回收率。柔模無煤柱開采沿空留巷和沿墻掘巷技術首次應用在綜采孤島工作面，為其他類似工程條件的無煤柱開采提供了實踐經驗，為進一步優化和完善無煤柱開采技術提供了實踐經驗，豐富和擴大了柔模無煤柱開采技術的技術理論和應用范圍。