综放开采沿空留巷围岩控制技术研究

赵慎栋

（汾西矿业集团曙光煤矿， 山西 孝义 032300）

引言

沿空留巷技术利用已有巷道作为下阶段采面回采巷道，可显著降低矿井巷道掘进工程量、降低巷道掘进支护等生产成本，缓解矿井采掘接替紧张局面。随着沿空留巷技术的不断完善，高强锚杆、锚索的应用，为沿空留巷围岩控制提供了有效支撑[1-6]。以山西某矿3609 综放工作面为背景，对沿空留巷围岩控制技术进行探讨，从而形成针对矿井实际条件的围岩控制技术。

1 工程概况

某矿3605 综放工作面设计开采长度为980 m、斜长155 m，开采的6 号煤层埋深平均550 m，厚度平均5.3 m，采放比为1：1，开采3 盘区内煤层结构简单，煤层倾角10～14°。采面北侧为已经回采完毕的3603 综放工作面、南侧为3607 综放工作面实体煤（未回采），东侧为保护煤柱。

矿井以往开采采用留设35 m 煤柱方式护巷，不仅需要掘进大量的巷道而且开采过程中采掘接替十分紧张，矿井时常面临无面可采局面。为缓解采掘接替紧张局面，决定将3605 运输巷保留下来作为临近3607 综放工作面回风巷。

2 3605 运输巷围岩控制技术

2.1 采空区帮挡矸防护

3605 运输巷（巷高×宽=2.8 m×4.5 m），采用锚网索联合支护方式。顶板采用高强预应力锚杆+钢带+金属网+锚索支护；巷帮采用高强预应力锚杆+钢带+金属网方式。

采面回采后采空区顶板岩层垮落，为了避免冒落矸石进入到3605 运输巷内，需要进行挡矸防护，具体采用的挡矸防护措施为金属网+塑料网+挡矸支柱+风筒布+锚索支，具体见图1。

图1 运输巷挡矸支柱结构示意图（单位：mm）

2.1.1 金属网

采用的网孔规格为70 mm×70 mm 金属网紧贴巷道顶板铺设，与巷道顶板布置的金属网片搭接（搭接宽度在140 mm 以上）搭接每隔140 mm 用14 号铁丝绑扎牢固，所有的连接点均呈Z 型方式。

2.1.2 塑料网

将规格为3 000 mm×1 500 mm 的塑料网紧贴巷帮最外侧布置，在顶板位置向巷道内有200 mm 外露距离，并采用尼龙绳与顶板金属网搭接紧密；两个临近的塑料网间也采用尼龙绳扣紧。

2.1.3 风筒布

将风筒布布置在塑料网内侧且在顶板处向巷道内侧外漏200 mm 处，每间隔300 mm 用铁丝将风筒布与顶板金属网绑扎牢固，使铺设的风筒布与顶、底板接触密实，从而降低后续采面通风时的漏风量。

2.1.4 挡矸支柱

用11 号工字钢作为挡矸支柱（长2 300 mm），每个支柱由两根工字钢组成，并用U 型限位块连接两根上下工字钢。上部的工字钢布置在巷道内侧（限位块面向采空区布置），工字钢顶部沿着切缝线布置；下部工字钢在外侧且深入到底板中深度在500 mm以上。2 根临近的档杆支柱采用连接板连接，布置的挡矸支护间距为400 mm。

2.1.5 锚索

在挡矸支护中下部位置由于受到侧向岩石作用力，会出现一定程度弯曲变形量，为了降低挡矸支柱变形量并使得支柱与采空区矸石成为一个整体，增加布置锚索控制挡矸支柱。采用的锚索规格为Φ18.9 mm×4 300 mm，每隔2 m 布置一根锚索（俯角45°），锚索锚固端深入到底板0.5 m 以上。采用长度2 700 mm 工字钢作为锚索托盘，每根托盘固定6根挡矸支柱。具体巷帮布置的锚索见图2[7]。

图2 巷帮锚索布置示意图（单位：mm）

2.2 切顶卸压

超前切顶卸压从3605 运输巷起始留巷端开始至留巷端结束为止，从里向外依次进行切顶卸压，从而降低3605 采空区上覆岩层垮落对运输巷留巷段造成的影响，降低围岩变形量。

2.3 巷道补强加固

当对运输巷进行切顶卸压后对运输巷进行补强加固，具体的补强加固范围与切顶卸压范围一致，顶板、采空区帮补强分别采用锚索带、锚索梁方式。先在挡矸支柱向采空区底板方向按照30°～45°俯角施工2 根锚索（规格Φ18.9 mm×7 500 mm），锚索排距为1 600 mm，外漏锁具150～250 mm，每个锚索采用4 卷MSCK2360 锚固剂锚固，确保给锚索预先施加的张紧力在150 kN 以上。

2.4 临时支护

待在采空区后方0～50 m 范围内采用以π 型梁+单体支柱构成的迈步式临时支护措施，沿着巷道走向方向布置抬棚，从而避免留巷巷道底板底鼓，发现支柱出现弯曲、支柱以及卸压柱等情况时及时进行修整。

在临时支护段采用一梁五柱支护方式，其中靠近采空区的第1 根单体支柱与挡矸支柱间距离为300 mm；第2、3、4、5 根支柱与档矸支柱间间距依次为600 mm、1 500 mm、2 500 mm、3 800 mm，具体滞后段临时支护设计见图3。

在3605 综放工作面运输巷内采用以切顶卸压、巷道顶板补强加固、采空区帮挡矸支护以及滞后段临时支护为核心的沿空留巷围岩控制技术。

3 围岩控制效果分析

图3 滞后段临时支护示意图（单位：mm）

在3605 综放工作面运输巷采用围岩控制措施后，围岩变形量在安全范围内。通过采用沿空留巷技术实现无煤柱开采，缓解采掘接替紧张局面的同时提升了煤炭开采率，为后续的瓦斯治理、防治水、地质勘探等工作开展赢取了时间。采用沿空留巷后虽然需要对运输巷进行修整，但是整体工程量远小于新掘巷道。

通过在3605 运输巷沿空留巷段围岩变形监测发现，在留巷后25 d 左右时围岩变形趋于稳定，变形以底鼓为主，最大底鼓量为125 mm，采空区帮以及煤体帮变形均小于80 mm。总体来说，在3605 运输巷采用的围岩控制技术可以满足巷道后续使用需要。

4 结论

1）沿空留巷可显著降低巷道掘进工程量，提高煤炭开采效率。3605 综放工作面运输巷采用切顶卸压沿空留巷方式，为了实现对沿空留巷巷道围岩控制，提出采用以在采空区帮施工挡矸支柱、巷道顶板补强加固、采面后方临时支护为核心的围岩控制措施。

2）在3605 运输巷采用围岩控制措施后，围岩变形量在安全范围内，巷道变形以底鼓为主最大变形量为125 mm，巷帮、顶板变形量均在80 mm 以内。在巷道后续使用过程中仅需要进行局部修整即可满足要求。