综放沿空留巷锚注支护的应用研究

孙 园

（山西焦煤西山煤电斜沟矿， 山西 兴县 033602）

沿空留巷技术在近年来已成为各煤矿使用成熟且普遍的巷道留设技术，与传统布设一条区段运输平巷及一条区段回风平巷相比，其优势在于节省了一条区段运输平巷的掘进，可将上一回风平巷进行维护使用。但该巷道在上一工作面回采扰动下以及后续工作面开采过程中极易产生顶底板破碎及巷道变形情况，因此进行沿空留巷道巷道锚注维护工作十分关键。

1 工程实际

山西某矿3203 工作面沿倾向布置，走向推进，综放工作面全长252.1 m，区段运输平巷长1 125 m，区段回风平巷可采长度1 151 m，平均长度1 138 m；该工作面煤层平均厚度6.4 m，夹矸总厚度0.32 m；煤层倾角2°～7°，平均3°；综放工作面可采储量为210万t。该工作面的整体地质构造较为简单，仅在东南侧有一条发育断层，编号F11，煤层埋深320～340 m，未发现明显其他影响回采的地质构造。工作面具体围岩特性见下表1 所示。

表1 3203 综放工作面岩体类别及特性表

在该综放工作面下方赋存有奥灰水地层，根据地质资料及后续地质探测分析对正常开采过程无影响，回采过程中基本不会对底板造成损坏，但要加强回采过程中的地质观测，特别是底板变化情况。该工作面受水害影响主要是顶板砂岩的含水层，在3201 首采工作面掘进巷道过程中，顶板就出现淋水严重问题，回采至20 m 左右出现老顶来压时水流量在70 m3/h左右，最大瞬时水量可达100 m3/h，流出的水可能会进入老塘或放水巷中，后续将进行该段出水严重巷道注浆加固。

2 巷道锚注支护设计

2.1 沿空留巷巷道支护

2.1.1 巷道顶板支护

常规区段采用直径20 mm、长度为2 200 mm 的高强度螺纹钢锚杆4 根，间距1 000 mm 进行布设，树脂药卷加强锚固，锚固剂为K2330，长度1 m。对易于破碎区域用锚索进行加强支护，锚索布设长度为5.8 m，嵌入岩体长5.6 m，直径为15.24 mm 的预应力锚索每隔3 m 布设一根，同样用树脂药卷CK2360 进行锚固，长度1.7 m。锚索固定点用规格为100 mm×100 mm×10 mm 的钢板锁具进行固定。

2.1.2 巷道两帮支护

常规区段采用直径20 mm、长度为2 200 mm 的圆钢锚杆3 根，间距1 200 mm 进行布设，树脂药卷加强锚固，锚固剂为CK2330，长度0.8 m。同时巷道两帮要布设金属网进行防片帮支护，以及布设直径14 mm的钢筋梯子梁。对于易于破碎段区域用直径20 mm、长度为2 200 mm 的圆钢锚杆4 根，布设间距为800 mm，用CK2360 树脂药卷进行锚固，长度0.7 m。后续同样布设金属网及梯子梁进行加固处理[1]。

2.1.3 金属网布设方案

在巷道掘进过程中布设金属网，若无顶板破碎或片帮情况时可将排距控制在1.3 m，每2.6 m 做为一个布设循环；而当掘进至顶板破碎或片帮严重区域时可缩小至1.3 m 或更小。锚网用16 号铅丝，规格为1.2 m×3.4 m。

布设完成后的巷道断面见下页图1 所示。

图1 区段回风平巷支护断面图（mm）

2.2 高水巷道注浆充填加固

2.2.1 充填区支护强化

由于布设的超前支护为单体液压支柱加铰接顶梁，在综放面推进，端头支架前移过程中会对顶板锚杆等产生破坏，破坏原有的锚固效果，而且支架会起到堵塞风流的作用，因此进行充填工艺时拟采用迈步抬棚进行代替，利用方木等进行支护，每排抬棚之间沿倾向安置3 个单体支柱，在充填作业时，靠近采空区一侧的巷帮进行注浆作业，此时可将抬棚拆除，仅在3 根立柱以及铰接顶梁的支护下进行注浆作业，同时靠近采空区的单体支柱承担注浆设备的安置作用[2]。

2.2.2 充填系统布设

通过在区段进风平巷口处附近留设充填泵站实现，泵站需占用3.5 m 宽50 m 长的一段巷道硐室用以安放充填泵、浆料、搅拌桶及各设备，充填系统布设方案见图2 所示。

图2 充填系统布设方案

沿空留巷的注浆流程为沿靠近采空区巷帮进行注浆加固作业，通过注浆作业形成充填体，起到支撑加固，并隔绝顶板水流的作用。充填流程为泵站注水加料，检查清洗充填管路等具体流程如下：首先将A料与B 料进行运输存放，检查泵、搅拌桶以及通讯线路等；搅拌桶注水开动，随后进行加料搅拌，A 料B 料将分别在1、4 和3、6 搅拌桶分别进行第一次搅拌，而后分别在2、5 号搅拌桶中进行二次搅拌后进行充填注浆作业；进行充填区充填并监测充填效果；提供清水进行设备清洗，并对充填区域进行清洗；充填结束。

3 现场应用情况

3.1 矿压观测分析

对该矿3103 工作面采用沿空留巷并进行锚注作业后，对测点的各监测数据进行整理分析，通过巷道表面相对位移情况来监测该巷道的支护效果以及围岩的稳定性[3]。具体测点数据见图3 所示。

图3 测点位移变化示意图

由图3 可以看出，综放工作面推进过程中两帮和帮底的相对位移也在不断增大，工作面推进对巷道的影响范围可达100 m 左右，而且可以看出在距离综放工作面60 m 之内的距离位移量开始急剧增加，也就是围岩的变形量开始急剧增大，但在38 m 距离时开始趋于稳定，最大位移量可控制在了15 cm 左右，可以看出支护效果是比较理想的，推进后巷道的移进量保持在了15 cm 的数值便趋于稳定。

3.2 充填体受力分析

通过对充填体受到压力与综放工作面距离之间的影响来对沿空留巷巷道的锚注效果进行分析，具体结果见图4 所示。

图4 充填效果监测情况

由图4-1 可以看出对巷道进行充填后，在初期开始承受载荷时，充填体外侧首先开始承受压力，也就是图中菱形与正方形两者，压力值达到了1.3 MPa 左右，随着综放工作面推进过程中所有充填体均开始承受载荷，且压力分布也开始变得较为均匀，承受载荷最大处可达到1.4 MPa 左右。而通过图4-2 中数据变化情况可以看出，充填体所受到压力后的位移变化量并不大，变形量都保持在了25 mm 之内。其中中部的变形量最大，其次是顶部，底部变形量最小，但三者的位移变化范围均远远低于限制变形数值，可以看出充填效果还是非常可观的。

4 应用总结及经济效益

通过现场实测可以看出，综放工作面推进过程中，巷道顶板以及两帮位移会增大，但限制在15 cm之内，即留巷后的顶板总体是稳定的；注浆充填后，充填体的变形量维持在25 mm 范围左右，变形量较小在极限变形范围之内，充填效果稳定。

在该综放工作面实施沿空留巷后，每个工作面仅需布设一条巷道，并维护上一工作面一条废弃巷道即可，与原有工作面掘两条巷道相比节省掘进工程量近1 000 m，按每米巷道2 000 元成本进行计算，一个综放面将节省200 万元的费用，且无需进行巷道开掘，极大节省了井下工作人员的劳动量。同时实施沿空留巷作业可避免孤岛工作面的形成，避免了回采过程中顶板压力过大以及通风困难等现象，同时对于临近综放工作面来说，搬家倒面的时间也得以缩短。

5 结语

通过对该矿3103 综放工作面进行沿空留巷巷道锚注作业，并对锚注效果进行分析可以看出，维护后的巷道在综放回采过程中，巷道的顶底板移进量整体较为稳定，而且充填体基本维持稳定，位移变化控制在25 mm 以内。整体锚注效果较好，可以满足实际生产需要，为同类工程实际条件下沿空留巷作业提供了成功案例，也促进了煤矿企业的高产高效发展。