贺西煤矿柔膜混凝土充填沿空留巷支护技术应用

2023-09-09李争杰王亚非

山东煤炭科技 2023年8期

李争杰王亚非

（1.华阳集团新景公司，山西阳泉 045000；2.山西汾西矿业集团贺西煤矿，山西吕梁 033300）

沿空留巷具有降低掘巷成本、提高煤炭回收率的优点。沿空留巷一侧为上邻近工作面采空区，一般采用高水材料或柔膜混凝土充填的方式进行支护[1-5]。贺西煤矿目前开采三采区，计划采用柔膜混凝土充填沿空留巷技术。

1 工程背景

3412 工作面位于三采区东翼中部，开采山西组4#煤层，起于三采4#皮带巷，东止于4#煤层不可采区域，南侧为未开掘的4#实体煤（设计3414 工作面），北侧为3410 工作面（已回采完毕）。工作面底板标高+602～+663 m，埋深311.1～522.5 m。4#煤层结构复杂，内生裂隙发育，煤厚1.48～3.5 m，含有夹矸1～3 层，其中一层较稳定，厚度0.1～0.5 m。煤层直接顶为细粒砂岩，平均厚度9.14 m；伪顶为黑色泥岩，平均厚度1.81 m；直接底为黑色泥岩，平均厚度9.84 m；基本底为中粒砂岩，平均厚度5.66 m。计划将3412 工作面运输巷采用柔膜混凝土充填沿空留巷技术保留下来，用作3414 工作面回风巷，3412 工作面运输巷掘进断面为矩形，掘进宽度5.0 m，掘进高度2.7 m。

2 柔膜混凝土充填沿空留巷支护技术

2.1 柔膜混凝土充填沿空留巷支护要点

基于3412 工作面生产地质条件和现场工程经验，提出3412工作面运输巷沿空留巷支护对策要点：1）采用高预应力锚（网）索对顶板进行加强支护，提高巷道及充填墙体顶板结构的强度和稳定性，改善顶板剪应力状态；2）采用高强度柔膜混凝土浇筑墙体，配套高强锚栓对墙体进行加固，提高采空区侧巷旁墙体的抗变形能力；3）采用高预应力锚（网）索对回采侧巷帮煤体进行加强支护，促使巷帮煤体形成有效的锚固结构；4）采用高阻力单体支柱对巷道进行临时支护，顶底板分别配套道木、底梁，形成顶底板互控结构。

2.2 柔膜混凝土充填沿空留巷支护技术

1）顶板支护

采用高预应力锚（网）索加强支护，锚杆为直径20 mm、长度2.2 m 的高强锚杆，间排距为800/900×900 mm，每排布置6 根，锚杆预紧力100 kN，每根锚杆配套1 支MSK2335、1 支MSZ2355型号的树脂锚固剂，锚杆采用直径14 mm、长度4.5 m 的钢筋圈梁成排连接；锚索为直径17.8 mm、长度6.3 m 的高强锚索，间排距为900 mm×900 mm，每排布置4 根，预紧力200 kN，每根锚索配套1 支MSK2335、2 支MSZ2355 型号的树脂锚固剂。

2）采空区侧巷旁支护

采空区侧巷旁采用柔膜混凝土充填墙体+预留高强锚栓加强支护，柔模混凝土墙体规格3000 mm×1700 mm×2700 mm，混凝土水灰比3:5，混凝土充填时应保证墙体接顶。柔模混凝土墙体采用直径22 mm、长度1.8 m 的高强锚栓进行加强支护，两侧配套双螺帽及平托盘进行紧固。

3）回采侧巷帮支护

回采侧巷帮采用高预应力锚（网）索加强支护，锚杆为直径16 mm、长度1.8 m 的预应力锚杆，间排距为800 mm×900 mm，每排布置3 根，预紧力70 kN，每根锚杆配套1 支MSZ2355 型号的树脂锚固剂，锚杆采用直径14 mm、长度1.8 m的钢筋圈梁成排连接；锚索为直径17.8 mm、长度6.3 m 的高强锚索，间排距为900 mm×900 mm，每排布置2 根，预紧力180 kN，每根锚索配套1 支MSK2335、2 支MSZ2355 型号的树脂锚固剂。

4）巷道临时支护

留巷内采用单体支柱进行临时加强支护，单体支柱规格为DW-28，每排布置2 根，间距1.0 m、柱距2.0 m，顶底分别配套道木、底梁，道木规格为长度1.2 m、宽度200 mm、高度120 mm，底梁规格为长度2.0 m、宽度200 mm、高度180 mm。

3412 工作面运输巷留巷支护，如图1。

图1 3412 工作面运输巷留巷支护图（mm）

3 沿空留巷支护效果

3412 工作面运输巷留巷时围岩变形如图2。

图2 3412 工作面运输巷留巷时期围岩变形情况

如图2 所示，3412 工作面运输巷留巷受工作面采动影响，巷道围岩出现一定的变形。在距3412工作面100 m 范围外，巷道围岩变形逐渐稳定，在柔膜混凝土墙体侧顶底板出现较大变形，最大移近量521 mm（其中底鼓量约320 mm），巷道中心位置顶底板最大移近量481 mm，实体煤侧巷道顶底板变形相对最小，最大移近量432 mm，巷道两帮最大移近量约174 mm。巷道整体呈非对称变形，留巷后3412 工作面运输巷有效断面面积与设计面积的比值为86.7%，可满足3414 工作面通风等要求。根据现场调查情况，留巷区域未发现锚杆（索）破断、柔膜混凝土墙体开裂等变形破坏现象，3412 工作面运输巷支护结构和围岩完整性较好，表明了柔膜混凝土充填沿空留巷支护技术的合理性。