“三软”厚煤层综放工作面沿空留巷技术研究

摘要：沿空留巷是无煤柱连续开采、煤与瓦斯共采以及煤层群连续卸压开采等技术的空间基础。实践应用表明：综放沿空留巷围岩控制技术的研究成功不仅可以提高煤炭采出率、降低巷道掘进率、缓解采掘时间紧矛盾，其技术效益和经济效益十分显著，为以后的“三软”煤层沿空留巷技术提供宝贵的技术经验，同时有利于节约成本，对矿井采掘接替平衡有重要意义。

关键词：三软厚煤层；沿空留巷；技术研究

郑煤集团大平煤矿21101综放工作面位于21采区中部，煤层倾角13～26°，平均煤厚8.3m，平均倾角19°，水文地质条件中等，总体上为一东南倾单斜构造形态，地质条件中等，煤层直接顶为砂质泥岩，厚度约为6.3m，直接底为泥岩，厚度约为6.5m，老底为灰岩，厚度约为5.0m。

一、沿空留巷技术方案的确定

大平煤矿处于矿井开采末期，资源日益枯竭，加之近年来煤炭形势严峻，施工人员逐步减少，掘进施工力量急剧下降，而21101综采面接替面为相邻21121综采面，若采用原有常规生产模式，21101综采工作面结束后开始掘进21121综采面上付巷将导致矿井接替脱节。为了缓解21101与21121工作面接替问题，需在21101下付巷实施沿空留巷技术。

为了缓解21101工作面与21121工作面接替紧张的问题。通过深入分析工作面地质条件、原有支护方式，在不影响工作面正常回采的前提下，少掘一条巷道，减少生产成本，保证了工作面的接替。

二、沿空留巷方案

（一）施工工艺

上抬梁加固巷道（超前100m）——打锚索（同步）——单抬棚加固（超前20m）——施工机头缺口（超前3.5-5m）——去腿——过架——恢复U型钢腿——巷旁支护（单体柱加铰接梁支护、支丁、垛充填袋，滞后3.5m）——打抬棚加固留巷段、紧固锚索（滞后30m）。

（二）超前加固

1.抬梁加固

目前巷道两帮距底600-800mm各有一道抬梁，为了加固U型钢巷道，采用五道抬梁连锁加固，补上抬梁位置：正顶部一道，下帮二码以上200-400mm位置一道，上帮长短梁搭接处以上200-400mm一道。

2.锚索加固

抬梁加固后需进行补打锚索加固，锚索直径18.9mm，长度6-8m，每棚2根，每两棚打设一排，偏中线向下帮0.8m处一根，下帮梁腿搭接处一根，锚索托梁采用0.8m长工字钢加工而成，矿工钢两端托住U型钢支架。

3.抬棚加固

距离切巷20-30m时，采用3.5m单体柱或特殊U型钢抬梁打设抬棚加固，单体柱初撑力不小于90kN。

（三）机头缺口施工方案

1.自21101下付巷安全出口位置沿21101下付巷采用全锚网支护方式向外施工，超前工作面3.5-5m。

2.全锚网支护段净宽3.5m，净高2.5m，净断面8.75m2。

3.由綜采支架前探梁位置向前进行剔顶，施工0.8m后，将21101下付巷上帮编织网铺设在施工处顶部，然后及时铺钢筋网，上钢筋梯，先施工临近巷道（肩窝处）的一根锚杆，再施工剩余的锚杆，若顶部6根锚杆施工结束后，巷道下宽不能满足要求时，需再施工一根锚杆，间距以满足巷道净宽为准，锚杆施工结束后施工4根锚索。

4.施工期间，顶部采用4-4.5m钢筋梯进行护顶，护顶后长出部分钢筋梯折至21101下付巷顶部，并采用锚杆固定，防止肩窝处煤体掉落。

5.施工期间，左帮采用2.5m单体柱配合铰接梁、椽子、旧皮带闭严，根据施工进度，需在迎头打闭子时，采用2.5m单体柱配合椽子、旧皮带将迎头闭严。

6.施工后，巷高不低于2.5m，在中部线位置打一道抬棚加固。

（四）支护参数设计

21101下付巷沿空留巷处于原煤区施工，根据巷道顶煤厚度及顶板岩性考虑选用悬吊理论进行分析设计，根据不稳定岩层的厚度计算锚杆（索）长度，根据锚索悬吊不稳定岩层的重量确定计算锚杆（索）数量。结合理论计算及现场地质情况，确定选用锚索长度8m，顶部布置4根锚索，间距1000mm，排距700mm。

三、巷旁支护

随工作面推进，沿综采支架侧后方采用坑木支丁、充填袋配合喷浆工艺进行沿空留巷。

（一）施工准备

1.为了降低老顶垮落、顶板来压对巷旁支护的影响，有利于人员操作安全，在工作面回采期间，机头6架支架不放顶煤，下出口三架尾梁完全升起，不得随意升降，第四架尾梁升起三分之二，第五、六架尾梁升起三分之一。此段区域的顶煤随支架前移自然垮落在采空区，作为采空区充填物，以减少直接顶垮落高度。

2.在综采支架尾部机头缺口顶部锚网支护上边界处必须采用单体柱配合小径木、竹笆、椽子和第五架、第六架上的双抗网，进行闭帮，防止采空区蹿碴伤人，回采过后打设一排单体柱进行闭帮和预留回撤单体柱通道。

3.施工前将所需的材料和工具准备到位，按照每3.0m进行一次巷旁支护，预计每次投入坑木 20-25根，充填袋20-30个。

（二）坑木支丁、垛充填袋

1.当支架前移3.0m后，及时在采空区距离U型钢腿1.0m处进行坑木支丁，坑木规格：长2.0-2.4m、要求坑木必须接顶，若无法接顶时，可采用合适厚度的方木接顶。

2.支丁结束后，采用充填袋将坑木丁与U型钢支架之间填严背实，如图1所示。

3.坑木丁、充填袋施工结束后，将风布上侧闭帮的单体柱回撤，采空区垮落的松散煤体将坑木丁和单体柱之间的空间填实，如不垮落，可将编织网割破。

4.随施工进度，根据现场实测有害气体及漏风情况，在切巷后方实施沿空留巷段巷道采空区帮喷浆封闭。

（三）滞后加固

当工作面回采过后，及时采用特殊U型钢加固，滞后加固紧跟工作面切巷，加固长度不小于100m，加固采用一节或二节废旧U型钢抬梁加工而成的立柱，立柱支设在U型支架抬梁上，每米3根，顶部一根，巷道两帮各一根（倾斜支设）。当滞后支护距离达到100m，且矿压稳定，巷道表面不发生明显变形或变形量较小时，方可拆除滞后支护。

（四）监测数据分析

该段巷道内共设置三组巷道移近量观测点，设置方法为在同一架U型钢支架上设置四个点，其中1-2为下帮竖直变化量，2-3为下宽水平变化量，3-4为上帮竖直变化量，1-4为上宽水平变化量。

由图可知，沿空留巷巷道变形开始变形速率较大，随着工作面逐步推进，变形速率逐步减小，2个月左右，巷道变形速率趋于稳定，截止到2017年11月底，21101工作面下付巷沿空留巷简单落底后巷道整体巷道高度保持在2.8m左右，且变形以空区帮二码位置下沉量最大，这与沿空留巷上覆岩层破断、回转所分析的受力状态所形成的巷道状况相一致。

四、效益分析

21101工作面接替面为21121工作面，21101工作面计划在2017年2月回采结束，21101下付巷如不采用沿空留巷，则必须进行沿空掘巷，260m工程量需4-5个月的施工时间，加上工作面搬家倒面的时间，最早可在2017年8月回采21121工作面；采用沿空留巷后，只需对巷道进行局部落底和整修处理，施工时间不足一个月，这样工作面可提前3-4个月于2017年4月投入生产，为缓解矿井接替紧张局面争取了宝贵时间。

五、结语

综放沿空留巷围岩控制技术的研究成功不仅可以提高煤炭采出率、降低巷道掘进率、缓解采掘紧矛盾，其技术效益和经济效益十分显著。本次沿空留巷技术方案是郑煤集团在“三软”煤层的大胆尝试，为以后的“三软”煤层沿空留巷技术提高宝贵的技术经验，同时有利于节约成本，对矿井采掘接替平衡有重要意义，具有较好的推广和应用价值。

作者简介：王国杰（1982-），男，河南沈丘县人，助理工程师，2010年毕业于河南理工大学，现在郑煤集团大平煤矿从事技术管理工作。endprint