综放工作面沿空留巷无煤柱开采技术研究

2018-12-07侯广清

山东煤炭科技 2018年4期

侯广清

（兰花科创玉溪煤矿有限责任公司,山西沁水 048214）

1 概况

玉溪煤矿四采区3405综放工作面开采3号煤层，比较稳定，平均厚度6.2m，倾角0～7°，平均2.9°，走向长度1320.5m，倾向长度209m。直接顶和基本顶分别是泥岩和砂质泥岩，水平层理发育，厚度分别2.38m和10.3m；底板为砂质泥岩，厚度11.38m，夹薄层细砂岩。回采巷道为“两进一回”布置方式，三条巷道沿煤层顶板布置，其中34052巷为沿空留巷，如图1所示。

图1 工作面布置示意图

2 沿空留巷围岩控制技术

2.1 围岩结构分析

综放工作面沿空留巷围岩结构活动，其中的大结构是基本顶上部岩层垮落与它的关键块体破断之后形成的平衡体；另外的小结构主要是通过直接顶、巷道顶煤所形成的。在二次采动的作用之下，留巷上覆岩体形成的大结构依旧能够处于稳定状态。所以利用科学的支护方法来确保小结构的稳定是留巷能够取得成功的重要因素。

按照关键块稳定性分析可知，其破断而来的大结构就是经历了二次采动的作用，依旧可以保持稳定状态。所以，对直接顶、留巷顶煤的加固是确保稳定性的重中之重，使它形成悬臂结构（具有相对较强的承载力）。此外，为确保该结构的稳定，防止出现弯曲下沉问题，还应将高强度的支撑提供给悬臂梁自由端，也就是通过高强锚索来对顶板实施补强加固处理。不仅如此，还应当加强支护悬臂梁固支端，以进一步增加其对结构的承载能力，通过补强支护来处理实体煤侧。所以，综放工作面留巷内煤帮、顶板加强支护对留巷稳定的保持起着非常关键的作用。

2.2 充填柔模袋加固

伴随回采的推进，新建设的巷旁充填体会受到来自于基本顶与直接顶传递的载荷。另一方面，还会受到侧向压力（该作用力是基本顶破断之后回转时产生的）。同时，在工作面后方产生相对偏高的支承压力，会影响到充填体的承载能力与完整性。所以，要选择科学合理的方法来改善充填体的稳定性与强度，充填之前应当提前在充填袋中穿上对拉钢筋（螺纹钢材），等到充填体凝固以后，施加适当的力来对侧向变形进行约束。钢筋梯布置和对拉钢筋剖面图如图2所示。

图2 钢筋梯布置和对拉钢筋剖面图

2.3 单体柱加铰接顶梁超前支护

为使留巷施工顺利进行，减小回采过程中超前支承压力对巷道造成的负面作用，充分确保留巷质量，采用加强支护，巷道内超前工作面50m区间中布置单体液压支柱与铰接顶梁（1.3m）。如图3所示。

图3 超前支护示意图

2.4 超前锚索补强支护

顶板每排补打锚索三根（1#、2#、3#），排距2.0m，和原来的锚索交错分布，1#的施工位置是紧贴工作面侧煤帮，2#则用工字钢连接，布设于充填体正上方，3#在离另一帮1m位置布设。1号锚索长度为5.2m，Φ22mm，2、3号锚索长度8.2m，Φ22mm。具体如图4所示。

2.5 滞后加强支护

沿空留巷矿压显现规律表明，围岩活动在滞后工作面25～45m范围内比较强烈。应当针对该区间内巷道实施临时补强支护。和超前工作面巷道支护形式相当，补强区域滞后工作面30～35m。

图4 超前锚索补强支护图（mm）

3 工业性试验效果

3.1 顶板压力变化

将单体支柱压力检测记录仪布置在充填体外侧单体柱上，每30m安装一个。利用它来进行数据采集，做出受力变化曲线。通过曲线得知，工作面后方17～42m内达到最大值25MPa。后方45～125m范围内压力处于稳定状态，处于21MPa上下。后方125m，压力不断下降，最后在后方315m之后进入稳定状态，处于7MPa上下。

3.2 充填体受力变化

将煤矿充填体应力计安装于充填体内部，每20m安装一个，总计安装三组，通过相应手持采集器进行数据采集工作。1#应力传感器与顶板距离1.5m，处在96号充填体，处于17、18号横川之间，与后者的间距为24m。2#应力传感器与顶板距离1.5m，处在104#充填体，与17#联络巷正对。3#应力传感器与顶板距离0.5m，处在200号充填体，处于11、12#联络巷之间，与后者的间距为24m。

对应力传感器获得的数据进行分析，获得受力变化曲线。通过曲线看出，随着与工作面间距的提高其内部压力不断提高，后方10m(工作面推过2～3d)压力出现改变，推过80m之后，逐渐进入稳定状态，其内部压力处于4 MPa以下。这表示充填体发挥了非常良好的顶板控制功能，伴随顶板不断下沉，充填体不断压缩增阻，其完整性良好，没有发生丧失承载能力、完全碎裂等问题，设计的可压缩性、充填体强度合理。