动压区沿空留巷复用巷道修复技术

2020-04-18罗明坤雷平博罗厚林

煤 2020年4期

张亮，罗明坤，李雷，雷平博，罗厚林

(1.潞安环能股份公司漳村煤矿，山西长治 046032；2.陕西开拓建筑科技有限公司，陕西西安 710054 )

作为一个持续性的工程，沿空留巷的工程周期可划分为三个阶段：①留巷初期，巷道开挖阶段至工作面回采前；②留巷中期，即随着工作面回采，开始留巷至留巷结束；③留巷末期，下一个工作面开始回采至所留巷道报废。但目前大多数的研究工作都是围绕留巷中期对巷道稳定及矿压显现的控制而展开[1-3]，对留巷后期巷道的使用及修复工作的研究进行得较少。在留巷后期，随着下一个工作面的推进，之前所留巷道随着工作面的回采，再次受到采动压力的影响，会发生较大的变形和破坏。因此，为了满足留巷末期下个工作面的运输、通风等需求，必须对所留巷道变形部分进行有针对性的修复，以确保在留巷后巷道断面能够满足基本使用要求。本文以漳村煤矿2309工作面柔模混凝土沿空留巷修复为工程实例，对沿空留巷巷道修复技术进行了研究。

1 工程概况

漳村煤矿2308工作面位于该矿+580 m水平的西部，主采二叠系下统山西组下部3号煤层，该煤层赋存稳定，平均厚度为6.48 m。工作面走向长469 m，倾向长243 m。2018年6月该工作面开始采用柔模混凝土支护方法对运输巷进行沿空留巷，作为2309工作面回风巷使用，共留巷469 m。2308工作面、2309工作面布置及煤层顶板岩性如图1、表1所示。

2309工作面于2019年6月开始回采，但在回采过程中受到二次采动的影响，2309回风巷(原2308沿空留巷巷道)在工作面前方30 m范围内压力显现明显，巷道发生变形，巷道高度不足2 m；为保证矿井正常生产，亟需对所留巷道进行修复。

图1 2308及2309工作面布置

表1 煤层顶底板岩性

2 巷道变形特征及破坏原因分析

2.1 沿空留巷基本支护情况

2308运输巷在掘进期间采用D22 mm×2 400 mm的锚杆作为基本支护，间排距900 mm×1 000 mm，采用钢筋梯子梁连接，钢筋网护表；采用D18.9 mm×7 300 mm、1×7股高强度低松弛预应力钢绞线进行加固，以“2-0-2”形式布置，间排距1 600 mm×2 000 mm。沿空留巷期间对2308运输巷回采侧进行扩帮1.3 m，顶板打设两根锚杆和1根锚索，锚杆间排距800 mm×1 000 mm，锚杆规格同基本支护，同时对原巷道顶板打设锚索补强，均采用D21.8 mm×7 300 mm、1×19股高强度低松弛预应力钢绞线，间排距1 600 mm×2 000 mm，补强锚索采用W钢带连接。具体支护示意如图2所示。

图2 2308运输巷沿空留巷支护断面(mm)

2.2 变形特征

2309工作面在回采期间，2309回风巷(原沿空留巷巷道)受到动压影响，工作面前方，尤其是0～30 m范围巷道变形明显，具体表现为：顶部出现网兜，顶板下沉400～500 mm，底板出现底鼓现象，底鼓量达到500～600 mm，巷道高度由留巷中期的2 800 mm收缩变形为1 800 mm。

2.3 破坏原因分析

1) 高地应力。2309回风巷(沿空留巷巷道)自掘进起到2309工作面回采期间，共经受3次采动影响，分别为2308运输巷掘进，2308工作面回采和2309工作面回采。多次的采动影响，使该条巷道上方围岩产生强烈的破坏和移动，并且随着2308工作面和2309工作面采空区顶板的逐次垮冒，2309回风巷上方老顶也随之逐次发生断裂、回转和下沉，并在巷道上方形成高应力区直接作用于下方留巷[3-5]。此时经受多次扰动，巷道浅部围岩及煤体也更加破碎，在2309工作面回采期间巷道的塑形区进一步增大[6-8]，造成巷道发生变形，沿空留巷上覆岩层结构见图3。

图3 沿空留巷上覆岩层结构

2) 补强支护强度偏低。2309工作面在回采期间，对2309回风巷自上切口向外采用π型钢+单体柱的形式进行超前加固，支护方式为垂直巷道打设一梁三柱，排距1 m，打设20 m。单体柱布置方式为第一根距柔模混凝土墙体300 mm，第二根距墙体1 000 mm，第三根距墙体2 000 mm。该种加固方式未与巷道的实际条件相结合，留巷宽度4 500 mm，加固宽度仅3 300 m，造成2309回风巷补强支护强度偏低，且煤柱侧存在补强空白带。

3) 支护缺乏针对性。2309工作面在回采期间，未结合工作面前方巷道的实际压力情况，仅对2309回风巷采用π型钢+单体柱进行补强，补强支护缺乏针对性，未起到应有的补强支护作用。

4) 采高与巷高不一致。2309工作面回采期间，因为底煤的存在，巷道向下落底，造成工作面顶板与巷道顶板形成一个1.5 m的错差带；因顶板错差带的存在，造成顶板压力向错差带集中，最终造成巷道顶板离层、下沉。

5) 水浸影响。2309工作面在回采期间，采面和采空区有涌水现象且水量相对较大，但并未引起足够重视，未对涌水进行妥善管理，造成巷道内水乱流，浸泡底板的现象。由表1可知，该矿3号煤层底板为砂质泥岩，该类岩石松软破碎，遇水极易膨胀变形，为膨胀性软岩，因此2309回风巷底板受水影响软化，受力后发生底鼓和顶板与墙体下沉。

3 巷道修复方案

1) 增加超前加固长度，增加支护强度。原超前加固长度为20 m，根据现场矿压显现情况，将之增加至30 m；同时将之前的“一梁三柱”增强为“一梁四柱”，排距由1 000 mm调整为600 mm，单体柱由之前的布置方式调整为距墙分别300 mm、1 500 mm、2 700 m和3 900 mm。另外，沿2309回风巷回采侧700 mm位置对顶板补打1根D21.8 mm×7 300 mm、1×19股高强度低松弛预应力钢绞线锚索，排距2 000 mm，超前工作面100 m。具体方案如图4所示。

图4 2309回风巷修复支护断面(mm)

2) 加强回采管理，保证工作面采空与巷道顶板平齐。首先必须沿底板回采，超前工作面10 m起底至煤层底板坚硬处，起底后的高度不低于2.6 m；其次将采高控制在2.8～3 m之间，尽量减少工作面顶板和巷道顶板之间的落差。

3) 加强工作面及采空区涌水的管理。在工作面及采空区水流至上切口时，通过装煤编织袋截水，并在工作面上切口增加蓄水池，安设气动泵进行排水，保证工作面的水能及时排出。

4 修复效果分析

为监测沿空留巷动压段巷道矿压，检验沿空留巷的修复效果，利用十字布点法对沿空留巷动压段巷道实施了巷道围岩变形监测，共布置三组测站，两组位于动压区，一组位于动压区外。经监测，应用上述修复方案后，沿空留巷动压段巷道顶板下沉量最大238 mm，顶底板相对位移量最大287 mm，动压区以外巷道顶板下沉量最大186 mm，顶底板相对位移量最大234 mm。由此可知，沿空留巷复用巷道采用以上修复方案后，巷道变形较小，与动压区以外巷道相比变形亦不大，沿空留巷复用巷道动压区变形基本得到有效控制。