沿空留巷巷旁支护的设计与应用分析

刘旭东

（山西宁武大运华盛庄旺煤业有限公司，山西 忻州 036700）

引言

与传统的煤矿开采技术相比较而言，沿空留巷技术在实践中表现出了更大的优势[1]，使得煤矿开采成本更低[2-3]。但沿空留巷技术对巷道支护技术要求相对较高，因此很长一段时间以来，该项技术并没有得到大面积的推广应用。随着煤矿开采技术水平的不断提升，以及对煤矿开采效率、回收率等要求的不断提升，近年来沿空留巷技术在我国煤矿中的应用越来越多[4]。沿空留巷技术中最重要的就是巷旁支护技术，因此很多煤矿企业和学者对巷旁支护技术开展了大量的研究，且取得了一定的研究成果。本文以某煤矿为例，对沿空留巷巷旁支护技术进行了深入研究，分析了其在实践中的应用效果。

1 矿井工作面巷道的基本情况

某煤层工作面的深度在414~464 m范围内，煤层厚度在1.75~2.21m范围内，煤层平均厚度为1.9 m，倾角在1°~2.5°范围内，整体上还算比较平缓。结合实际情况煤层的采高设置2.21 m。煤层结构属性相对较为简单，内部包含了1~2层矸石，厚度在0.05~0.25 m左右，矸石主要是砂质泥岩或者泥岩。伪顶和直接顶厚度分别为0.4~1.2 m和4.5~5.6 m左右，主要为泥岩，底板厚度在1.6~4.4 m左右，主要就是砂质泥岩。为了提高煤矿资源的回收率，该煤层拟采用沿空留巷技术进行开采。但基于上述分析可以看出，煤层的属性较为软弱，对巷道支护技术提出了相对较高的要求，尤其是巷帮支护技术。

2 沿空留巷巷旁支护方案的设计

2.1 方案基本思路

在充分结合综采工作面沿空留巷实际情况的基础上，对巷旁支护技术方案进行了详细设计。巷道内部利用传统的锚索网再加上槽钢进行联合支护，巷旁则通过混凝土砌块进行支护，其中砌墙的宽度设置为500 mm，为了提升巷旁支护效果，每间隔6 m需要设置加强墩，规格尺寸为700 mm×700 mm。通过在巷旁设置混凝土砌块，能够为巷道顶板提供非常大的切顶阻力，防止顶板出现拉应力进而出现裂纹垮塌，以此实现对沿空留巷进行保护的目的。

2.2 方案具体实施过程

施工前需要准备好相关的施工材料，其中最重要的是混凝土预制块，要求利用C20混凝土进行浇筑，规格尺寸为200 mm×200 mm×500 mm。还需要准备单体支柱，木背材，要求长度为500 mm，钢模板等。准备好施工材料后，可按照以下施工步骤与技术要求施工：

1）墙体。在综采工作面往前推进后，需要尽快进行混凝土砌块的砌筑工作，要求砌筑位置与液压支架之间的距离控制在0~5 m范围内。墙体厚度为500 mm，每间隔6 m设置一个加强墩，规格尺寸为700 mm×700 mm。混凝土砌块进行错缝砌筑，且砌块间利用水泥砂浆进行粘接。墙体上部与巷道顶板之间的距离控制在100~150 mm左右，该空间通过木材进行填充，见图1。

图1 沿空留巷巷旁支护平面示意图

2）下出口支护。沿着工作面往前推进方向，紧跟机头后方通过单体液压支柱再加上金属铰梁，设置两排支柱进行支护。其中，两排立柱间的距离为800 mm，同排前后立柱间的距离为600 mm。在临近采空区一方增加设置间距更小的立柱，具体间距为300 mm，但是在工作面往前推进20 m左右后，可以将此排立柱进行撤销。

3）滞后加强支护。为了提升沿空留巷的稳定性，在工作面后方约60 m左右的位置专门设置了加强支护。具体为沿着墙体方向，通过单体液压支架配合使用槽钢架梁设置立柱，纵向间距设置为900 mm。要求液压支架初始的支撑力大小不得低于90 kN。

4）超前加强支护。同样利用单体液压支柱进行超前加强支护，加强支护范围为20 m，立柱之间的纵向距离设置为900 mm，见图2。

图2 沿空留巷巷旁支护方案断面示意图

3 沿空留巷巷旁支护技术的应用

3.1 沿空留巷巷道围岩移近量情况分析

为分析巷旁支护方案的实践效果，在综采工作面前进方向设置了3个观察站，分别对顶底板移近量和两帮移近量进行了连续监测。由图3可知，在工作面后方，顶底板移近量相对较小，但在工作面前方，随着与工作面距离的增加，巷道顶底板移近量逐渐增加，最终基本趋于稳定，最大值约为180 mm。两帮移近量随距工作面距离的演变曲线具有类似的演变规律，但最大值只有150 mm。基于以上分析可以看出，在本文所述的沿空留巷巷旁支护方案作用下，巷道顶底板移近量和两帮移近量均控制在了可以接受的范围内，有效保障了巷道围岩的稳定和安全。

图3 巷道顶底板移近量随距工作面距离的演变曲线

3.2 混凝土砌块墙体的受力情况分析

为了对混凝土砌块墙体的压力进行检测，沿着综采工作面前进方向分别设置了3个观测站，在观测站中将液压枕替换木头枕，液压枕内设置的传感器可以对压力进行实时检测。由图4可知，在工作面后方，主要由设置的单体液压立柱承担巷道顶板的压力，混凝土墙体承受的压力基本为0。在工作面前方，巷道顶板的沉降量达到预定值，混凝土砌块墙体开始承受载荷，且随着与工作面距离的增加，墙体承受的载荷越来越大。但是承受的最大应力没有超过30 MPa，完全在混凝土砌块能够承受的范围内。在实践过程中，发现墙体中出现了较小的裂缝，宽度在1~5 mm范围内，长度在10~50 mm左右。这些细小的裂缝并不会影响混凝土砌块墙体整体的稳定性。综上，混凝土砌块墙体能够保证巷道围岩的稳定，避免出现垮塌的问题。

图4 混凝土墙压力随距工作面距离的演变曲线

4 沿空留巷巷旁支护应用效果的分析

沿空留巷煤矿开采技术是我国正在大力推行的先进技术，该项技术能够提升煤矿资源的开采回收率，具有显著的经济效益。本次在煤矿工作面中采用沿空留巷技术进行煤矿开采，使得下区段工作面可以少掘进一条巷道，显著提升了煤矿开采效率，降低了煤矿开采成本。根据以往的实践经验，掘进一条巷道需要的成本大约在7万元，且不采用沿空留巷开采方式时，少开采的煤矿资源约为400 t，煤矿价格按500元/t计算，则少产生的经济效益为20万元。以上两项合计为27万元。除此之外，还可以节省很多设备投资和人员费用。总而言之，采用沿空留巷开采技术，可以为煤矿企业创造良好的经济效益。

5 结论

对巷旁支护方案的使用效果进行了连续监测发现，巷道顶底板移近量和两帮移近量均在合理范围内，混凝土砌块墙体的压力也相对较小，有效保障了沿空留巷巷道围岩的稳定和安全。