综采工作面沿空掘巷支护技术探讨

闫志杰

（西山煤电股份有限公司镇城底矿 山西 太原 030203）

1 引言

长期以来，我国一直是以煤炭作为主要消费能源的国家，随着国民经济的快速发展，煤炭需求量和开采强度不断增加，赋存较好的煤炭资源已逐渐开采殆尽[1-2]。近年来，国家大力提倡提高煤炭回收率的开采理念，而由于无煤柱护巷技术具有提高煤炭回收率、改变巷道围岩环境等优点，已广泛引用于我国大中小矿井，无煤柱护巷技术主要包括沿空掘巷和沿空留巷，沿空留巷是将邻近工作面回采巷道保留下来用作本工作面使用，能最大程度的提高工作面煤炭回收率，缺点巷道易出现大变形现象，而沿空掘巷是在邻近采空区留设较窄的煤柱新掘回采巷道，同样提高了煤炭回收率，同时将回采巷道布置在应力降低区域，其围岩维护环境相对较好[3-5]。

2 工程概况

西曲矿28306工作面位于北三盘区东南部，北邻28405采空区，南邻西983运输大巷，西邻28307采空区，工作面开采8#煤层，煤层厚度稳定，在3.90 m~4.20 m范围，平均4.10 m，煤层结构1.98(0.15)1.97 m，煤层整体倾向西南，倾角1°~8°，平均4°，工作面采用后退式综合机械化大采高一次性采全厚采煤方法。煤层基本顶为深灰色石灰岩，厚度3.06 m，致密块状坚硬，含方解石脉，下部含泥质，抗压强度为102.74 MPa，普氏硬度系数10.56，伪顶为黑色炭质泥岩，厚度0.30 m~0.90 m，疏松易碎，碎后呈磷片状，抗压强度为26.58 MPa，普氏硬度系数3.73，老底为灰褐色粗粒砂岩m，以石英为主，含较多炭质碎屑，泥质胶结较硬，层理不明显，分选差，抗压强度为72.91 MPa，普氏硬度系数7.40。为提高工作面煤炭回收率，改善巷道围岩维护环境，西曲矿28306工作面采用沿空掘巷技术，工作面北邻28405采空区已采动稳定为沿空掘巷提供了良好的掘巷时机，试验巷道掘进宽度4 500 mm，掘进高度3 500 mm。

3 运输巷沿空掘巷支护技术

（1）沿空掘巷原理

邻近工作面回采后，采空区上覆岩层冒落下沉，基本顶岩层形成“O—X”破断，随着工作面的不断推移，基本顶周期性破断，破断后的岩层在走向方向形成砌体梁结构，在工作面端头形成弧形三角块结构，基本顶岩层一般在实煤体上方出现破断、回转下沉，从而形成弧形三角块结构，该结构在实煤体内形成应力降低区，将沿空巷道布置在该区域范围，可有效改善巷道围岩应力环境[5]，如图1和图2所示。

根据沿空掘巷相关公式计算留设煤柱宽度为4.46 m~5.89 m。基于现场具体生产地质条件和邻近巷道试验情况，确定西曲矿28306工作面运输巷沿28405采空区留设5.0 m宽的煤柱进行掘巷。

（2）支护参数的设计。

①顶板采用金属锚杆+金属网+锚索联合支护，锚杆采用规格ϕ20×2 000 mm的左旋螺纹钢高强锚杆，间排距1 000×1 000 mm，顶板采用规格ϕ17.8 mm×7 300 mm的钢绞线进行加强支护，锚索间排距为2 000×2 000 mm，锚索偏向煤柱帮，最左侧锚索距煤柱帮750 mm，金属网采用ϕ3.3 mm钢丝编制而成的菱形金属网，规格4 700×1 200 mm。

②实体煤帮采用金属锚杆+金属网支护，锚杆采用规格ϕ20×2 000 mm的左旋螺纹钢高强锚杆，间排距900×1 000 mm，金属网采用ϕ3.3 mm钢丝编制而成的菱形金属网，规格3 500×1 200 mm。

③煤柱帮采用锚杆+塑料网支护，锚杆采用规格ϕ20×2 000 mm玻璃钢锚杆，间排距900×1 000 mm，塑料网用HBPP30-30MS塑料网，规格3 500×1 200 mm。

图3 巷道支护断面图

4 围岩控制效果分析

将沿空掘巷支护技术应用于西曲矿28306工作面运输巷，现场采用十字测试法进行巷道围岩移近监测，根据现场实测，得出如下结论：

（1）掘进阶段

28306工作面运输巷巷道变形主要发生在巷道初掘64 d内，该阶段顶板累计下沉量约92 mm，下沉速度1.43 mm/d，底鼓累计106 mm，变形速度1.65 mm/d，实煤体帮累计变形70 mm，变形速度1.1 mm/d，煤柱帮累计变形77 mm，变形速度1.21 mm/d；巷道掘出64 d~88 d内，巷道变形速度逐渐降低，该阶段顶板累计下沉量约9 mm，下沉速度0.37 mm/d，底鼓累计12 mm，变形速度0.51 mm/d，实煤体帮累计变形7 mm，变形速度0.29 mm/d，煤柱帮累计变形7 mm，变形速度0.29 mm/d；巷道掘出88 d后，巷道围岩变形趋于稳定，围岩变形速度均小于0.2 mm/d，此时，顶板累计下沉量约103 mm，底鼓累计118 mm，实煤体帮累计变形77 mm，煤柱帮累计变形86 mm。综上所述，巷道底鼓量相对较大，煤柱帮变形略大于实煤体帮，整体来看，巷道围岩表明变形均较小，现场并未出现大的变形和事故（如图4）。

图4 巷道围岩表面移近曲线

（2）回采阶段

回采期间，28306工作面运输巷围岩变形主要原因是受到工作面超前支撑应力的影响，结合以往经验及现场实测，28306工作面周期来压步距约为15 m，超前支撑压力峰值位于工作面煤壁前15 m~17 m位置，影响范围约为50 m。根据现场实测，顶板累计下沉量为15 mm，底鼓累计量50 mm，实煤体帮累计变形40 mm，煤柱帮累计变形25 mm。综上，回采阶段巷道底鼓量相对较大，顶板轻微有轻微下沉，实煤体帮变形略大于煤柱帮，巷道围岩变形在可控范围内，对工作面推进影响有限。

5 结论

邻近工作面回采后，待采空区稳定，通过留设一定宽煤柱进行沿空掘巷，将巷道布置在合理的范围内，可有效改善巷道围岩应力环境，为此，依据西曲矿28306工作面现场具体生产地质条件和邻近巷道试验情况，确定西曲矿28306工作面运输巷沿28405采空区留设5.0 m宽的煤柱进行掘巷，同时确定了支护参数，现场应用后，实现了28306工作面运输巷的稳定控制和28306工作面的高效安全生产。