綜采工作面沿空留巷支護技術研究應用

李慶飛

（山西潞安化工集團有限公司司馬煤業有限公司，山西 長治 047105）

1 概述

司馬煤業1306 工作面位于三采區南部，北部為實體煤，南部為1307 工作面采空區，東部為三采區輔助大巷，西部為村莊保護煤柱邊界。工作面可采長度 592.6 m，切眼長度 220 m。1306 工作面回采3#煤層，均厚 7.01 m，平均傾角 3°，見表1。

為減少下一個工作面掘進工程量，決定對1306軌道巷進行留巷，作為下一個工作面的軌道巷使用。

2 切頂卸壓護巷技術[1-5]

2.1 切頂卸壓護巷作用

隨工作面推采距離的增加，采空區直接頂上部的亞關鍵層懸頂面積也隨之加大，當周期來壓步距疊加到一定數量時，亞關鍵層懸頂有一個垮落過程，對沿空留巷圍巖有一個滯后壓力顯現的過程，從而造成不同程度的破壞，所以需超前工作面對亞關鍵層進行預裂切頂卸壓爆破。亞關鍵層按預設垮落，減少采空區懸頂面積，降低對沿空留巷的威脅，是降低滯后壓力顯現對沿空留巷威脅的一個有效措施。

2.2 布孔方式

沿1306 軌道巷回采側肩角布置一排炮孔，為了防止爆破損傷頂板、頂板離層或錨固失效，根據現場實際情況，確定鉆孔位置緊靠回采側800 mm處。鉆桿直徑50 mm，鉆頭直徑56 mm，炮孔直徑60 mm，炮孔與水平面夾角（炮孔傾角）β=70°，布置間距為3.0 m。

2.3 炮孔長度計算

1306 工作面頂煤和頂板矸石完全充滿采空區的冒落高度計算為19.98 m，所以1306 工作面軌道巷頂板上方垂直高度21.0 m 范圍內巖層為主要弱化對象。炮孔長度L=Mz·sinβ（Mz為圍巖冒落高度，以弱化層厚度進行計算，為21 m；β為炮孔夾角，70°），通過計算可得L=21sin70°=19.73 ≈20 m。

2.4 單孔裝藥量及裝藥結構

1）裝藥量。切頂卸壓單孔裝藥長度14 m，封孔長度8 m，單孔裝藥量Q=q×l（q為每米裝藥量，1.0 kg/m；l為裝藥長度）。通過計算，單孔裝藥量Q=q×l=14 kg。如圖1。

圖1 切頂卸壓孔布置及裝藥結構示意圖

2）裝藥結構。爆破切頂卸壓孔采用孔底不耦合連續裝藥方式，爆破孔長度為22 m，每個炮孔內安裝8 根聚能管，每根聚能管長度為2.0 m，藥卷填裝在聚能管內，每個聚能管采用Φ60 mm 鉆孔用定位塊定位確保爆破聚能方向與設計預裂方向一致。

3 沿空留巷段支護技術

3.1 擋矸支架護矸

1306 工作面回采后，在工作面端頭支架后方安裝ZRL11620/25/42 型沿空留巷擋矸支架，對留巷段采空區側頂板進行支護。該支架為兩架一組邁步自移式，主要由頂梁、伸縮梁、掩護梁、底座、四連桿、單擺桿、立柱、推移千斤頂、側推千斤頂、拉緊千斤頂、底調千斤頂、控制系統等部件組成。具體技術參數見表2。

表2 ZRL11620/25/42 型沿空留巷擋矸支架技術參數表

3.2 柔模墻體支護

1306 工作面回采后，在沿空巷采空區側采用柔模墻體支護，防止采空區矸石涌入留巷段內，隔絕采空區有害氣體。

1）柔模墻體的柔性模板采用封閉的三維紡織結構，主要由外部加筋纖維布和內部拉筋組成，封閉空間采用高性能混凝土充填，充填后的結構體具有抗壓、封堵等性能。

2）每個柔性模板充注混凝土后成矩形立體結構，充注后高度為4.5 m、寬度為1.5 m、長度為3.0 m。每塊模板充注后采用三排對拉錨桿固定，每排4 根，錨桿布置間距為0.9 m，排距為0.75 m，錨桿長度為1.7 m，直徑為22 mm，如圖2。

圖2 1306 工作面沿空留巷段支護示意圖（mm）

3）柔模澆筑主體包混凝土配比為石子、砂子、水泥、專用外加劑及水，接頂包為砂子、水泥、專用外加劑及水，水泥和砂子按照2:1 的比例強度配比澆筑。

4）由于包內的周邊料稠、中間料稀且水分大，混凝土中部下陷造成頂板與墻體接頂時是兩側的線接觸而不是面接觸，頂板來壓易造成墻體頂部側向剪切損壞現象，所以需進行加壓接頂施工。柔模澆筑接頂包時，要采用注、停間隔時間的方法澆筑，每注0.5 m3料時停注1～3 min 透水，直至柔模接頂包注滿，以四角展開為準。接頂模板注滿后，繼續等待柔模透水2 min，再泵送一個行程，泵送量在0.3～0.5 m3。

3.3 超前工作面臨時加強支護

1306 工作面超前工作面50 m 范圍內，沿巷道走向采用“單體液壓支柱+π 型長梁”方式進行臨時加強支護。兩側棚距為0.9 m，正中間棚架間距為1.8 m，每排4 根單體液壓支柱，π 型梁體長度為4.4 m，單體液壓支柱型號為 DW40-250/110X。每根單體液壓支柱應穿設柱鞋，掛設防倒繩。

3.4 滯后工作面臨時加強支護

1）沿空留巷后在滯后工作面200 m 范圍內，垂直巷道走向采用“單體液壓支柱+π 型長梁”，一梁三柱方式，靠近柔模墻一側順巷打設單體柱π型鋼棚，進行臨時加強支護。棚距為0.9 m，每排4根單體液壓支柱，π 型梁體長度為3.8 m。

2）第一根單體液壓支柱距墻體0.1 m，第二根單體液壓支柱距墻體0.7 m，第三根單體液壓支柱距墻體1.5 m，且這三根單體液壓支柱統一向煤柱側傾斜 3°（第一根單體液壓支柱的柱角直接頂在墻體下部）。第四根單體液壓支柱距墻體3.2 m，且向采空區側傾斜 3°布置。

4 應用效果

1306 工作面于2021 年9 月12 日已回采450 m，沿空留巷長度為440 m，通過與傳統安裝擋矸簾相比取得了以下顯著應用成效：

1）圍巖穩定性好。通過對留巷段圍巖觀察發現，沿空巷采取切頂卸壓以及柔模等支護后，留巷段整體穩定性好，在工作面后方150 m 范圍內處于采空區頂板垮落影響，巷道頂板出現局部下沉，但是未出現錨桿（索）失效現象。

2）擋矸、封堵效果好。與傳統擋矸簾相比柔模墻體支護強度高，能夠有效阻擋采空區矸石，同時封堵效果好，實測沿空巷內瓦斯平均濃度為0.1%，其他有害氣體均控制在允許濃度范圍內。

3）支護成本費用低。傳統擋矸簾支護時，每米需安裝一卷擋矸水泥毯、2 架擋矸支架以及布置2 架錨索吊棚。擋矸水泥毯成本為0.62 萬元/卷，擋矸支架成本為0.24 萬元/架，每架錨索吊棚成本為0.14 萬元/架，總支護費用為1.38 萬元/m。采用柔模墻支護時每米支護成本費用為0.17 萬元，支護成本費用低。

4）支護效率高。1218 工作面留巷段采用擋矸簾支護時，每班需5 人配合施工，每天支護長度不足6 m，工作面每回采2 d 需停采一次，支護效率低，嚴重影響工作面高效回采。采用柔模墻支護時，每班安排2 人支護即可，每天最大支護長度達14 m，支護效率高，勞動作業強度低。

5 結語

1306 工作面采用切頂卸壓后能夠及時阻斷采空區應力傳遞通道，采空區頂板沿切頂線實現了全部按預設垮落，避免了因頂板垮落導致沿空留巷頂板剝離破壞。對沿空留巷采取柔模墻體支護，提高了沿空留巷圍巖穩定性，起到了支護、隔絕等作用。切頂卸壓、柔模支護等技術在沿空留巷中具有顯著的應用成效，具有很好的推廣應用價值。