综放开采沿空留巷围岩控制技术研究

崔浩东

（长治三元中能煤业有限公司，山西 长治 046600）

沿空留巷可降低巷道掘进工程量及掘进成本，提高采掘比，并在一定程度上缓解矿井采掘接替紧张局面[1-3]。高强高延伸锚杆、锚索等主动支护技术的发展，为沿空留巷围岩控制提供了有效支撑[4-5]。以三元煤矿4305 综放工作面为工程背景，对沿空留巷巷道采空区侧围岩控制技术进行详细阐述，以期能为其他矿井沿空留巷工作开展提供一定指导。

1 工程概况

4305 综放工作面位于4 采区，采面走向推进长度970～1020 m，斜长150 m。主采的3 号煤层厚度平均7.06 m（采高2.6 m，放煤4.46 m，采放比1:1.72），赋存稳定，倾角在10°～13°，顶底板岩性以泥岩、砂质泥岩为主。采面北侧为已回采完毕的4303 采面采空区，南侧为4307 采面（未开采），西侧为断层保护煤柱，东侧为采区巷道保护煤柱。具体采面位置关系如图1。

为了缓解采面采掘接替紧张局面，减少厚煤层煤柱损失量，决定在4305 综放工作面进行沿空留巷工作，作为后续的4307 综采工作面回风巷。

2 沿空留巷围岩控制技术

沿空留巷围岩控制技术关键是确保巷道采空区侧围岩稳定[6]。4305 综放工作面回风巷宽×高=4.5 m×2.8 m。围岩控制采用锚网索联合支护，巷帮采用高强预应力锚杆+钢筋梯+钢筋网，顶板采用锚索+高强预应力锚杆+钢筋梯+钢筋网，待4305 采面回采推进8 m 开始进行留巷工作。

2.1 采空区巷帮挡矸支护

4305 沿空留巷挡矸支护紧贴采面综放支架施工，滞后综放支架距离在0.5 m 以内。挡矸支护采用挡矸柱+塑料网+风筒布+金属网，具体布置形式如图2。

图2 采空区巷帮挡矸支护示意图

（1）采用2 根11 号工字钢（长2300 mm）加工制作挡矸柱，工字钢上布置有限位块，上下两根工字钢采用U 型卡缆连接，每组挡矸柱采用2 个U型卡缆。挡矸柱上部工字钢在巷道内侧（限位块朝向采空区），下部工字钢在巷道外侧且插入到底板深度在500 mm 以上。相邻近的两根挡矸柱采用2个连板连接，挡矸柱间距为500 mm，如图2（b）。

（2）塑料网

将规格为1500 mm×3000 mm 塑料网紧贴挡杆柱布置，并与顶板支护用的塑料网间有200 mm 搭接距离，采用尼龙绳连接。

（3）风筒布

风筒布紧贴塑料网布置并在巷道顶、底板侧均外露200 mm，采用铁丝钢每隔300 mm 将风筒布与顶板金属网绑扎紧密，降低巷道向采空区漏风量。

（4）金属网

金属网为11 号镀锌铁丝编织而成的方格网（网孔70 mm×70 mm），紧贴巷道顶板铺设，金属网与顶板支护金属网片搭接距离在200 mm 以上，两临近的金属网片搭接长度在140 mm 以上，并采用14 号镀锌铁丝绑扎连接。

（5）锚索

挡矸柱在顶板压力以及侧向应力作用下容易弯曲变形，因此将挡矸柱与巷道底板岩层围岩相互作用成为整体，从而降低挡矸柱变形量。锚索（规格：Φ19.8 mm×4300 mm）按照45°俯角布置，锚固端进入巷道底板岩层0.5 m 以上，将长2.7 m 工字钢作为锚索托盘，工字钢布置在挡矸柱U 型卡缆间，每根工字钢可连接5 根挡矸柱。具体锚索、工字钢布置示意图如图3。

图3 锚索、工字钢布置示意图

2.2 切缝卸压

为在4305 留巷段减小采空区岩层垮落给留巷造成的影响，在4305 运输巷留巷起始位置至停采线以外安全位置均采用切缝卸压爆破。布置的爆破孔深度为9 m，仰角60°，爆破孔间距为6 m。

2.3 巷道围岩补强加固

待切顶卸压爆破孔施工完毕后对4305 运输巷进行补强支护，补强支护范围与切顶卸压范围一致。巷道顶板采用锚索带补强方式，在与挡矸支柱交接位置的巷道顶板施工补强锚索（锚索规格Φ19.8 mm×7500 mm），锚索间距为800 mm，仰角55°～60°。具体顶板补强锚索布置如图3。

2.4 采后临时支护

在采面后方20 m 范围采用“π 型梁+单体”组成架棚对顶、底板岩层进行临时支护。布置的单体均需穿铁鞋，布置的迈步式架棚采用一梁五柱方式，具体支护设计如图4。单体支柱与挡杆柱间距分别为300 mm、600 mm、1500 mm、2500 mm、3800 mm，架棚间间距为600 mm。

图4 采后架棚支护示意图

3 实施效果

3.1 矿压监测分析

3.1.1 巷道表面围岩变形

受采动影响，在与采面相距约15 m 时运输巷围岩变形开始加剧；在滞后采面0～30 m 距离时，由于采空区上覆岩层垮落下沉影响，运输巷内围岩变形剧烈，变形量增加明显；在滞后采面30～50 m距离时，由于临近采空区侧围岩逐渐被压实、顶板岩层活动趋缓，运输巷内围岩变形增加速度逐渐趋缓；在滞后采面80 m 以外时，围岩变形趋于稳定，顶板、底板以及巷帮位移量分别为88 mm、29 mm及65 mm，围岩变形量整体较小，留巷效果显著。

3.1.2 顶板离层分析

运输巷3 号测站监测到顶板离层量从超前12 m距离顶板离层开始出现，在滞后采面0～30 m 范围内顶板离层量增加速度较快，顶板离层量大部分发生在此范围；滞后采面60 m 后，顶板离层趋于稳定，浅部、深部岩层离层量稳定在9 mm、22 mm。由此可见在4305 综放工作面运输巷采取的围岩控制可有效控制措施顶板深部岩层离层。

3.2 留巷效果分析

在采面回采，运输巷采空区侧在挡杆支柱、密集支柱以及顶板锚网索支护下，沿着预裂切顶线垮落后形成巷帮，并在采面后方约80 m 位置稳定。在采面留巷期间运输巷宽基本保持在4.2～4.4 m，巷高保持在2.6～2.8 m，巷道断面收缩率在10%以内，切实保障了采面后续生产安全，可满足现场使用需要。具体现场留巷效果如图5。

图5 现场留巷效果图

在4305 综放工作面采取留巷技术后，煤炭回收率增加约6%，可增加煤炭产量约36 万t，增加经济效益约5810 万元，同时可消除煤柱留设存在的应力集中、火灾等隐患，应用效果显著。

4 结语

三元煤矿4305 综放工作面运输巷在沿空留巷过程中采用以超前切顶卸压+顶板补强支护+巷帮挡矸支护+采后临时支护为核心的围岩控制技术，现场应用后，留巷段顶板、底板及巷帮位移量分别为88 mm、29 mm 及65 mm，巷道围岩在滞后采面约80 m 时趋于稳定，取得较好的留巷效果。