郭莊煤礦3308工作面沿空留巷支護設計研究與應用

申 軍

（山西潞安郭莊煤業有限責任公司，山西 長治046100）

0 引言

郭莊煤礦3308工作面東部是還未回采的3307工作面，西部是還未回采的3309工作面，南部是三采區回風大巷，北部是二采區回風大巷[1]。3308工作面整體走向長2 178 m，傾向長205 m，傾角約18°。

1 地質概況

3308工作面位于3號煤層，屬于二疊系山西組地層中下部，煤層總厚度為6.15 m，屬穩定可開采煤層，煤層是南北走向，傾角0°～16°，煤層堅固性系數為0.4～0.6，煤質是貧煤，具有特低硫、特低磷、中灰、熱穩定性好、特高熱質的特點，黑色、光亮型，煤層下部為粉末狀，夾矸為砂質泥巖，煤層埋藏深度為382～425 m。工作面的平面布置圖如圖1所示。

圖1 工作面布置圖

2 支護設計

2.1 巷旁支護設計

3308工作面皮帶順槽總長度為2 178 m，皮帶順槽沿空留巷可作為未回采3309工作面軌道順槽使用。受陷落柱的影響，3308工作面皮帶順槽前104 m不進行柔模墻留設，自3309工作面切眼處開始澆筑柔模水泥墻[2]，沿空留巷總長度為1 490 m。根據礦井條件以及皮帶順槽沿空留巷的施工要求，設計3308工作面皮帶順槽留巷寬度為4 300 mm，凈寬4 100 mm，巷旁支護寬度為1 500 mm。根據計算結果，確定3308皮帶順槽巷旁支護體采用三維紡織結構水泥漿，以柔性模板和對拉錨栓作為增強體，水泥漿作為基體的復合材料。

采用煤礦用的柔性模板，主要包括內部拉筋和外部加筋纖維布[3]，外形與支護體相同，是支護體的預成型體，上方設有自閉灌注口和固定裝置，具有輕質量、高強度、施工方便等特性，采用強度等級為M40的自密實、早強、高強的水泥漿。

使用?22 mm的左旋無縱筋螺紋鋼筋，鋼號為500，在桿體的兩端都設有M22的螺紋，采用滾壓加工成型工藝，螺紋的長度150 mm以上，桿體的長度比墻體厚度大250 mm，具體的錨栓結構如圖2所示。

圖2 螺栓結構圖

采用拱形高強度托盤，配套使用球形墊和減阻尼龍墊圈，托盤尺寸是150 mm×150 mm×12 mm，拱形高度大于36 mm，托盤的承載能力在23 t以上，螺帽厚度大于32 mm，每排布置5根錨栓，間排距750 mm×550 mm，全部垂直于墻面安設，墻體成型3 d后，在留巷內通過扭矩扳手給錨栓施加300 N·m的預緊扭矩。采用?16 mm鋼筋焊接而成，鋼筋鋼帶根據柔性模板尺寸主要加工4種規格，分別為長2、3、4、3.5 m，沿空留巷支護斷面如圖3所示。

圖3 皮帶順槽沿空留巷支護斷面圖

2.2 待澆筑空間圍護設計

在巷旁支護施工前，首先要先對頂板的臨時支護范圍進行確定，這個范圍就是待澆筑空間，待澆筑空間范圍越大，巷道頂板的穩定性就越差，涌入留巷內有害氣體和矸石等數量也就越多。主要包括端頭區圍護、采空區圍護和待澆筑空間支護3個方面。

端頭區圍護是指當過渡支架所在位置的頂板上具有錨網支護結構時，回采過程中需要在頂梁上部背足木梁，木梁軸向與工作面煤壁平行，通過木梁支護頂板，嚴禁支架頂梁直接作用頂板，確保支架升降、移架過程中不破壞原有支護結構。采空區圍護的目的是防止生產期間采空區矸石涌入留巷內，工作面回采后頂板隨采隨冒，采空區矸石自溜到運輸巷一側，對沿空留巷施工不利，設計采用沿空留巷擋矸支架圍護采空區[4]（見圖4），滿足沿空留巷工藝要求，安全可靠，綜放支架前移后，沿空留巷擋矸支架同步前移，為沿空留巷創造安全作業空間。為了防止澆筑水泥漿墻體前，待澆筑空間的頂板過早下沉或垮冒，待過渡支架前移之后，待澆筑空間采用“一梁兩柱”臨時支護，π型梁長1 500 mm，臨時支護間排距1 200 mm×600 mm，垂直與沿空留巷走向打設。

圖4 擋矸支架圍護支護示意圖

2.3 臨時加強支護設計

超前工作面不小于50 m范圍內靠回采側為“一梁一柱”，其余“一梁三柱”支護頂板，排距900 mm。滯后工作面“一梁四柱”臨時支護，排距900 mm，鋼梁距柔模墻50 mm。澆筑柔模1 d后拆除支模單體，打設滯后臨時支護單體，單體支柱三用閥必須有配套的安全防護罩。皮帶順槽超前臨時加強支護斷面見圖5，單體液壓支柱型號為：DW40-350/110X，π型梁長度為3 700、1 000、4 000 mm。

圖5 皮帶順槽超前臨時加強支護斷面圖

3 應用分析

3308工作面回采和留巷采用沿空留巷支護技術后，監測巷道圍巖的變形量，在皮帶順槽每隔30 m設置監測站，記錄巷道兩幫及頂底板的變形情況，根據監測結果，在工作面回采和留巷期間，皮帶順槽留巷后，巷道兩幫的移近量在112 mm左右，頂底板的移近量在142 mm左右，保證了沿空留巷的穩定性，滿足下個工作面的安全回采要求。

3308皮帶順槽沿空留巷支護成功后，3309工作面可減少回采巷道2 300 m；掘進綜合費用約6 000元/m，則減少回采巷道可產生經濟效益1 380萬元。

4 結論

針對郭莊煤礦3308工作面皮帶順槽難支護的問題，根據礦井的地質條件，提出一種沿空留巷支護技術，結果如下：

1）從巷旁支護、待澆筑空間圍護以及臨時加強支護三方面進行支護設計，對巷旁支護體采用三維紡織結構水泥漿，對待澆筑空間圍護采用沿空留巷擋矸支架和“一梁兩柱”的支護方式，對臨時加強采用單體和支架相結合的支護方式，以此提高沿空留巷支護的的穩定性。

2）在使用沿空留巷支護后，保證了沿空留巷的穩定性，同時減少回采巷道2 300 m，產生經濟效益約1 380萬元。

作者簡介：

[1]塵興邦，丁鍇，姜子琦.沿空留巷施工與支護技術的應用研究現狀［J］.世界有色金屬，2019（16）：198.

[2]楊建忠.沿空留巷施工與支護技術現狀分析［J］.能源與節能，2020（9）：142-143.

[3]錢志良，楊宏偉，高宏.變厚煤層沿空留巷支護技術[J].煤礦安全，2019，50（7）：124-129.

[4]畢延強.西銘礦42206工作面皮帶巷沿空留巷支護技術研究[J]．煤礦現代化，2020（4）：179-181，184．