西铭矿42206工作面皮带巷沿空留巷支护技术研究

毕延强

（山西焦煤西山煤电股份有限公司西铭矿，山西太原 030052）

0 引 言

近年来，沿空留巷技术越来越得到煤矿工作面生产的应用，此技术不但可以提高煤炭资源回收率，而且可以沿用上个工作面的巷道作为下工作面使用，最大程度的利用空间。沿空留巷技术的成功应用关键在于沿空留巷巷道的稳定，因此，针对具体工作面巷道的支护技术研究有着重要的意义[1,2]。

现阶段，许多研究学者针对沿空留巷支护技术进行了大量研究。曹其嘉[3]提高了充填体的围岩耦合承载效果，对充填区域、实体煤、充填体区域进行了加固措施；钱志良[4]提出了顶板强化、充填体加固及高预紧力对巷道进行加固，有效地控制了围岩变形；范德源[5]利用数值模拟分析了不同支护方案下的围岩变形，最终采用了注浆锚索+巷旁切顶技术方案。目前针对西铭矿42206工作面半煤岩巷道具体顶底板力学性质，对42206工作面皮带巷进行沿空留巷支护技术研究。

1 工程概况

1.1 矿井概况

西铭矿年生产能力达到360万吨，是山西西山煤电集团下属特大型矿井，瓦斯含量较高，为高瓦斯矿井。整个煤田南北倾向4.2km，东西走向达到16.9km。矿井开拓方式为平硐开拓，所有工作面均采用综合机械化采煤工艺，走向长壁垮落式采煤法。

1.2 工作面具体条件

西铭矿42206工作面所采煤层为2号煤层结构简单，煤层倾角1°～4°，平均倾角2°。煤层厚度1.60m～2.10m，平均厚度1.80m，属稳定煤层。根据西十二采区相邻的42208瓦斯涌出量资料预测42206工作面掘进期间瓦斯绝对涌出量为0.5m3/min。工作面所采煤层经鉴定属于有煤尘爆炸性，爆炸性指数为19.03%，自燃倾向性为Ⅱ级，属自燃煤层。42206工作面南面为42208采空区，东面为42020和42008采空区，北侧为设计42204工作面。该工作面采掘工程平面图见图1所示。

目前开采的2#煤层平均厚度1.8m，回采巷道设计高度2.6m，为半煤岩巷掘进，矿井采掘比大、掘进率高，采煤工作面接替困难。为缓解采掘接替紧张并提高煤炭资源采出率，根据42206工作面煤层、顶底板力学性质和采、掘等生产地质条件，在42206工作面皮带巷进行高水材料巷旁充填沿空留巷技术研究。

图1 42206工作面采掘工程平面图

2 巷道原支护方式

西铭矿42206工作面皮带巷为半煤岩巷道，沿顶板掘进巷道，顶板支护方式采用锚杆+锚索+钢带联合支护，锚杆参数取φ20×2200mm，间排距800×1000mm。锚索规格φ17.8×5400mm，按两排花型布置，间排距4000×2200mm；巷道两帮采用φ20×1800mm螺纹钢锚杆支护，帮锚杆按两排三花布置，间排距确定为1500m×1200mm，最上排锚杆距顶板500mm。

3 巷旁充填体参数设计

根据类似工作面工程经验结合42206工作面皮带巷具体地质条件，将高水材料水灰比设计为1.5:1。巷旁充填体全部位于采空区内，留巷宽度为3.6m。工作面采高为2.0m，每天回采6.4m，按照每天两班充填考虑，充填体长度设计为3.2m，高度为2.0m，宽度为1.6m。

采用对拉锚杆、钢筋网和钢筋梯子梁对充填体进行加强支护，进一步增强巷旁充填体的抗变形能力。对拉锚杆间排距750×800mm，最上部的对拉锚杆距顶板300mm，最下部的对拉锚杆距底板200mm。对拉锚杆采用φ20×1800mm螺纹钢加工，锚杆两头各滚丝100mm，钢筋梯子梁采用?14圆钢焊制。充填体外部铺设钢筋网进行加固，钢筋网参数为φ6.0mm钢筋，钢筋网用双股铁丝连接固定且两钢筋网片间搭接长度不少于100mm，网孔小于等于100×100mm。充填体加固图如图2所示。

图2 充填体加强支护布置图

4 加强支护方案

4.1 巷内加强支护方案

42206工作面皮带巷掘进之初未考虑沿空留巷，支护强度较低，故需进行补强支护：非采煤帮采用Φ20×2200mm锚杆配合钢筋梯子梁进行补强支护，两排三花布置，间排距确定为1500m×1450mm，最上排锚杆距顶板650mm。靠近回采帮顶板采用Φ17.8×5400mm锚索进行补强，每排1根，排距2000mm，具体布置见图3。

图3 42206工作面皮带巷补强支护图

4.2 充填区域顶板支护方案

在端头液压支架铺设双层菱形金属网，然后采用锚杆加固充填区域顶板，先推刮板输送机，后移架。每割一刀煤（800mm）施工一排3根锚杆，锚杆规格?20×2200mm，见图4。若顶板较好，移架后能保持充填区域内顶板不破碎、不离层，可以在支架后方支设锚杆。

图4 充填区域上方加强支护图

4.3 采空区挡矸方案

采用单体液压支柱+铰接顶梁+菱形金属网挡矸，方案如下：单体液压支柱排距为300mm，柱距500mm，采用2排单体液压支柱+铰接顶梁密集联合支护，在外侧铺设菱形金属网，防止矸石进入充填区域，见图5。

图5 留巷段加强支护图

4.4 留巷段加强支护技术与方案

因西铭矿42206工作面回采期间及皮带巷留巷期间，工作面及巷道顶板岩层活动较为剧烈，因此，采用2根单体液压支柱+π型梁进行联合加强支护，单体支柱柱距2100mm，排距800mm，边柱距两帮的距离分别为500m、1000mm，如图5所示。

5 工业试验

5.1 支护效果分析

42206工作面采用如上沿空留巷支护技术方案进行工作面回采及留巷工作，为研究以上方案参数的合理性及巷道围岩的变形量，在皮带巷每隔30m设置一个测站，分别记录巷道两帮及顶底板变形量。

通过提取测站数据分析，在工作面回采及留巷期间，在皮带巷留巷后，两帮移近量稳定在112mm，顶底板移近量稳定在142mm，完全可以保证沿空留巷的安全稳定，保障下个工作面的正常回采需求。

5.2 经济效益分析

西铭煤矿42206工作面沿空留巷使42204工作面少掘约700m巷道，根据该矿提供的数据，半煤岩巷掘进成本约为4025.3元/m，巷道掘进总费用为281.8万元。留巷后，可回收宽度20m的区段保护煤柱，煤层平均厚度1.8m，留巷长度700m，煤炭容重1.4t/m3，回采率按照95%计算，则回收原煤33516t，吨煤售价按500元计算，回收煤柱所得效益为1675.8万元。西铭煤矿42206工作面沿空留巷700m，每米留巷成本4972.5元，沿空留巷总成本为348万元。

综上，42206工作面采用沿空留巷能够产生281.8+1675.8-348=1609.6万元的经济效益。

6 结束语

为缓解采掘接替紧张并提高煤炭资源采出率，针对西铭煤矿42206工作面皮带巷进行沿空留巷巷道支护技术研究，阐述了巷道原支护方式为螺纹钢锚杆、钢带、锚索联合支护；通过理论分析和工程经验将充填体长度设计为3.2m，高度为2.0m，宽度为1.6m；确定了巷内加强支护、充填区域顶板支护、采空区档杆及留巷段加强支护方案，通过现场应用，此支护方案可以保证沿空留巷的稳定，且取得了较大的经济效益。