柔?；炷林ёo沿空留巷技術應用研究

王麗軍

（沁和能源集團有限公司永紅煤礦，山西 晉城 048000）

沿空留巷的工作面設計能夠有效加快工作面的圈成速度，而且可以不用留設保護煤柱，提高回收率，提高經濟效益。沿空留巷可以采用一進兩回的通風方式改善工作面通風條件，解決了U 型通風工作面瓦斯積聚的問題，使工作面的生產條件得到安全保障，因此被廣泛應用[1-4]。但在深部礦井中，由于井下的高應力環境，沿空留巷的圍巖變形情況一直得不到有效解決，受工作面二次采動的影響，巷道圍巖破碎更加嚴重，致使留巷內的支護效果降低，巷道大量變形，不得不進行頻繁巷修以保證工作面順利回采。為了解決這一問題，永紅煤礦決定在原有的錨網、索以及超前支護的基礎上，著重對留巷的采空區側巷幫使用柔模混凝土進行補強支護，通過礦壓監測評價其應用效果，為類似的深部開采礦井積累提供可參考的實際技術參數。

1 概況

永紅煤礦1503 綜采工作面位于15 采區，主采15#煤層，為突出煤層。該煤層發育平緩、結構簡單，煤厚2.9～5.2 m，平均煤厚4.05 m，煤層傾角0°～13°。15 采區水平主應力14.28～26.70 MPa，垂直應力為18.81 MPa，屬于高應力采區。為保證1503 綜采工作面回采期間沿空留巷大變形，決定在該工作面進行柔?；炷磷o幫技術應用。

2 留巷原支護方案

1503 綜采工作面巷道沿煤層頂底板掘進，矩形斷面，巷道凈寬4.2 m，凈高4.0 m，原支護形式為高強度錨網索+錨桿綜合支護。工作面在回采期間采用超前支護減少采動對巷道圍巖的破壞影響[5-6]。

2.1 支護參數

巷道頂板錨索長度5.2 m，直徑21.8 mm，材質為1860 級鋼絞線，打設間距為0.9 m，排距0.8 m，使用MSZ-23-120 型錨固劑，菱形金屬網；巷幫使用錨索長度4.2 m，直徑17.8 mm，材質同為1860級鋼絞線；錨桿長度為2.5 m，直徑為18 mm，回采側巷幫打設間距為0.8 m，排距為0.8 m，煤柱側巷幫打設間距為1.0 m，排距為0.8 m。

2.2 工作面超前支護

工作面在回采期間，為避免超前應力顯現對巷道圍巖造成破壞，對工作面超前距50 m 以外進行超前加固支護，減少留設巷道的圍巖變形量[7-10]。在原巷道支護基礎上，增加打設錨索3 根，補設錨索長度為9.2 m，直徑為21.8 mm，材質為1860 級鋼絞線，初始張拉力保證在300 kN 以上，在頂板增加一層菱形錨網，錨網長6.3 m，寬1.0 m。超前加固支護斷面如圖1。

圖1 1503 工作面回風巷超前加固支護

3 柔?；炷磷o幫加固方案

1503 工作面回風巷為沿空留巷，在靠近采空區側使用混凝土模塊沿幫構筑進行護幫，回風巷凈寬2 m，凈高4 m，護幫所用柔?；炷磷畲笾ёo寬度為1.5 m。該模塊是混凝土填充的預成型形態，自身具備自閉注漿口，方便注漿填充，支護強度高，施工安裝便捷。注漿材料選用礦用高強度混凝土，強度不得小于CF40。

混凝土模塊使用22 mm 直徑螺紋鋼做對拉錨栓，栓桿長度不小于1.7 m，對拉錨栓垂直巷幫布置，布置間距為0.75 m，排距為0.7 m?；炷聊K充填漿液完成后，養護48 h，然后對錨栓施加不低于300 N·m 的扭矩進行預緊。錨栓下要襯墊高強度鋼帶，鋼帶采用直徑為16 mm 的圓形鋼筋焊接制作，鋼帶布置間隔為80 mm。圖2 為柔模混凝土及充填護幫效果圖。

圖2 柔?；炷良俺涮钭o幫效果圖

4 礦壓監測及效果分析

4.1 留巷礦壓監測

沿空留巷柔?；炷磷o幫支護方案實施后，為采集科學詳實的應用數據，在護幫段布置礦壓監測點，對留巷的圍巖變形情況進行數據采集。監測點共3 個，編號分別為1#、2#、3#監測點。1#監測點位于2#模塊處；2#監測點位于30#模塊處，與1#監測點間隔81 m；3#監測點位于60#模塊處，與2#監測點間隔89.5 m。

本次礦壓監測主要收集沿空留巷圍巖變形數據，主要為巷道頂底板下沉鼓起數據以及巷幫位移數據，通過十字監測法對工作面超前50 m 處區域進行監測。圖3 為本次礦壓監測采集數據，圖中橫軸所標距煤壁距離為監測點與回采切眼之間的距離，超前工作面距離減小，滯后工作面距離增大，橫軸坐標隨工作面推進而增大。

圖3（a）中顯示為1#監測點圍巖變形情況。其中巷道頂板下沉量為408 mm，從下沉曲線上可以看出在滯后工作面60～80 m 范圍內，下沉較為明顯，80 m 后下沉趨勢平穩；巷道底板鼓起量為1018 mm，從底鼓曲線上可以看出在滯后工作面20～100 m 范圍內，底板鼓起量增加較快；巷幫位移量為260 mm，巷幫鼓起量為179 mm，變形量小，較之前無明顯變化。圖3（b）中顯示為2#監測點圍巖變形情況。其中巷道頂板下沉量為318 mm，從下沉曲線中可以看出巷道頂板分別在滯后工作面100 m 和157 m 位置時下沉量明顯較大；巷道底板鼓起量為1477 mm，從底鼓曲線中可以看出巷道底板分別在滯后工作面33 m 和92 m 位置時鼓起量增加較大；巷幫位移量基本無變化，巷幫鼓起量為621 mm，曲線表示在滯后工作面110 m 和154 m 位置時明顯增大。圖3（c）中顯示為3#監測點圍巖變形情況。其中巷道頂板下沉量為118 mm，無明顯變形；巷道底板鼓起量為522 mm，曲線中可以看出分別在滯后工作面44 m、80 m 以及140 m 位置時有明顯鼓起量增加；巷幫圍巖變形量較小，無明顯變化。本次礦壓監測測得沿空留巷圍巖變形數據中，巷道頂板最大下沉量為408 mm，底板最大鼓起量為1477 mm，巷幫最大鼓起量為621 mm。

圖3 沿空留巷圍巖變形情況監測曲線

1503 綜采工作面回風巷在進行柔模混凝土支護之前，巷道部分區域就已經存在頂板開裂下沉的情況，雖然進行及時修巷，但是受到工作面采動影響，應力變化劇烈，巷道頂板變形仍然嚴重，甚至在局部區域形成了煤體碎裂剝落將塑料網和錨網壓墜成包。在采用柔模混凝土補強支護后，除底板圍巖變形量較大之外，頂板及巷幫變形情況已得到明顯控制。表明使用柔?；炷吝M行支護補強的方式對巷道變形情況有良好的控制作用。

4.2 沿空墻體對拉錨栓應力監測

為進一步了解柔模混凝土支護的應力變化情況，針對對拉錨栓進行應力監測，分別在3#模塊以及15#模塊上的錨栓布置監測點，監測點編號為1#、2#。圖4 為對拉錨栓應力變化曲線。

圖4（a）中顯示，1#監測點在滯后工作面60～90 m 范圍內，對拉錨栓應力變化劇烈，快速攀升至185 kN，隨后迅速回落至52 kN；90～185 m 范圍內，錨栓承壓上升趨勢穩定，承壓達215 kN 后趨于穩定。圖4（b）中顯示，2#監測點在滯后工作面21～100 m 范圍內，對拉錨栓承壓數值基本穩定在25 kN 左右；100～142 m 范圍內，壓力逐漸提升至39 kN，然后趨于穩定。

圖4 沿空墻體對拉錨栓應力變化曲線圖

根據1#、2#錨栓應力監測點所測數據分析，柔模混凝土應力變化較為平緩，無明顯周期性應力顯現。結合現場情況，留巷墻體未發現明顯破壞現象，柔?；炷林ёo的強度達到預期目標，證明在深部礦井的高應力環境中，柔模混凝土注漿充填完成后，其彈性支護的特點緩沖了巷道圍巖劇烈變形對巷道的破壞，在充填的混凝土凝固后，支護強度增加，能夠更加有效地保證巷道的完整情況。

5 結論

在高應力環境下，巷道圍巖變形嚴重，特別是在進行沿空留巷時，留巷段圍巖破碎變形劇烈，導致巷道頂板下沉、底板鼓起、巷幫位移，不僅對工作面安全生產帶來威脅，頻繁的巷修工程還浪費大量的人力、物力以及時間成本。在采用傳統的錨網索+錨桿支護形式的基礎上使用柔?；炷磷o幫、單體柱臨時支護，實現了高應力采區沿空留巷，為其他相似環境條件提供了寶貴的經驗。