采煤工作面柔模沿空留巷技術研究

楊學春

（汾西礦業集團水峪煤礦，山西 孝義 032300）

引言

目前我國煤炭資源采出率較低，浪費現象嚴重，全國煤炭資源采出率僅在40%左右[1-2]。如何提升煤炭采收率、延長礦井服役時間，是實現煤炭資源高效開采的關鍵內容之一[3]。沿空留巷由于不需要留設保護煤柱（或者留設寬度較小的護巷煤柱），在提高煤炭采收率、經濟效益以及緩解采掘接替緊張局面等方面有顯著優勢[4-5]。沿空留巷支護中木垛、砌塊、密集支柱等支護形式均不同程度存在強度低、密閉性差等問題，不適應當前煤礦安全生產要求；高水速凝材料等，工藝復雜、較大增加開采成本，所以選擇合適的巷旁支護材料和方式，對于留巷支護而言非常關鍵[6-7]。柔模沿空留巷技術憑借支護成本相對較低、支護強度高以及圍巖控制效果好等優點，在煤礦井下應用不斷增加[8]。山西某礦采用一井一面布置方式，為安全高產高效礦井，但在工作面回采過程中，順槽煤柱通常留設25 m，一定程度上制約了煤炭采出率的提高。因此，為實現綠色安全高效開采，加快無煤柱沿空留巷技術研究與應用迫在眉睫。本文提出將柔模沿空留巷技術應用到礦井采煤工作面回采巷道圍巖控制中，以期能在一定程度提高礦井煤炭生產效率以及礦井經濟效益。

1 2201 采煤工作面概況

山西某礦現階段生產主要集中在淺部的2 煤，采用綜采開采工藝，煤層頂底板巖性參數見表1。2 煤2201 綜采工作面開采長度為3 914.2 m，切眼斜長260 m，開采范圍內煤厚2.6 m。2201 采煤工作面回采巷道斷面參數為掘寬（凈寬）5.4 m，凈高2.8 m，斷面積15.12 m2，巷道采用錨網索支護頂板。為降低圍巖支護難度并確保巷道圍巖穩定，采面留設的護巷煤柱寬度為25 m，煤柱留設造成的煤炭損失量33 萬t（此處按面推進長度估算）。礦井2 盤區采面間設計留設25 m 保護煤柱，則僅能布置9 個回采工作面，若使用沿空留巷技術則可將采面布置數量由9 個增加至11個，可實現盤區煤炭資源高效回采。為提高礦井煤炭開采效率，提出將柔模留巷技術應用到2201 采煤工作面運輸巷中，本文對柔模留巷技術工藝以及應用效果等進行分析。

表1 頂底板巖性

2 柔模留巷技術

2.1 巷道補強支護

對留巷段圍巖進行補強，可降低采動動壓對巷道圍巖變形影響，并為留巷工作開展創造良好條件。基于2201 運輸巷現場工程地質條件，并結合其他礦井留巷經驗，采用錨網索對留巷段補強。頂板補強用Φ17.8 mm×6 500 mm 的鋼絞線，配合300 mm×300 mm×12 mm 鐵托板，每根錨索配3 根CK23×500 mm錨固劑。在頂板中部施工錨索，按照“二一二”布置方式進行補強，若遇到地質構造段或者來壓段時則在單排錨索旁增加布置一個錨索。巷幫用玻璃鋼錨桿補強，其中正幫、副幫玻璃鋼錨桿規格分別為Φ22 mm×2 000 mm、Φ22 mm×1 600 m；若遇到構造帶或者來壓段時，則可用錨索補強。具體巷道補強支護設計如下頁圖1 所示。

圖1 巷道補強支護示意圖（單位：mm）

2.2 支護模柱施工

2.2.1 支護參數

根據2201 運輸巷現場條件并結合工程類比法，在留巷段使用的柔模混凝土強度為C30、寬度為1 000 mm。為提高柔模混凝土支撐能力及穩定性，在柔模混凝土中預置Φ20 mm×1 100 mm 錨栓，在錨栓兩端均布置150 mm×150 mm×8 mm 托板。在澆筑混凝土時，間隔75 m、150 m 分別布置一個觀測孔、注漿孔，以便對采空區遺煤進行防滅火。柔模支護示意圖，如圖2 所示。

圖2 柔模支護示意圖（單位：mm）

2.2.2 混凝土配比

2201 運輸巷沿空留巷柔模混凝土標號C30，在運輸巷內使用的柔模混凝土初步配合比見表2。

表2 柔模混凝土配比

在井上將柔模混凝土材料及添加劑等按設計配比均勻混合，使用專用下料鉆孔將混凝土泵送至井下，后通過專用運輸車輛將混凝土運輸至施工地點。

3 現場應用效果分析

在2201 運輸巷采用柔模沿空留巷技術后，間隔400 m 布置測站對圍巖變形監測，測站測點分別位于頂底板中點、頂底板靠副幫及柔模側各500 mm 處、巷道兩幫中點處，具體3 號及5 號測站圍巖變形結果如圖3 所示。

圖3 圍巖變形量監測結果

從圖3 可知，3 號及5 號測站留巷段頂板下沉量最大位置靠近柔模側，分別為145 mm 和218 mm；兩幫移近量分別為42 mm 和66 mm。留巷段圍巖變形依據變形量曲線變化可劃分內3 個階段，第一階段（采面后方0～25 m）移近量及速度相對較小；第二階段（采面后方25～100 m）圍巖變形速度較快，其中頂板、巷幫最大變形速度分別為27 mm/d、9 mm/d；第三階段（采面后方100 m 以外），圍巖變形基本穩定。布置測站監測得到留巷段頂板、巷幫變形分別為218 mm、66 mm，圍巖變形不會影響巷道使用。

4 結語

沿空留巷是一項涉及內容廣、技術難度大、跨度時間長的技術工程。留巷支護要考慮巷道掘進、回采前、留巷過程中及成巷后不同階段的支護及補強，是動態的過程。實現安全有效的沿空留巷，必須根據每個階段的特點制定相應支護措施。通過巷內錨網索超前補強支護、柔模混凝土墻巷旁支護、單體支柱+鋼梁被動支護等可有效控制留巷段圍巖變形。現場應用后，留巷段頂板、兩幫的變形量分別控制在218 mm、66 mm 以內。