综采充填工作面沿空留巷支护技术研究

张经纬

（汾西矿业集团水峪煤业，山西 孝义 032300）

通过实行沿空留巷除了能起到减少掘进工作量的作用，从而减少掘进所需费用，还能从本质上缓解采掘过程中接续较为紧张的实际情况，此外还能增加实际采出率，使矿井能够更长时间的服务，最终带来更好的综合效益[1]。但是需要注意，这项技术往往要受到二次采动因素的直接影响，产生很大矿压，进而导致巷道围岩出现不对称的变形，有很大的支护难度。为保证沿空留巷的安全性与稳定性，有必要结合工程实际情况，对其支护技术进行深入分析探讨。

1 工程概况

沿空留设巷道处在运输巷南帮，这条巷道在留巷之后主要用作为北侧的运输巷，其南侧是一个采空区。工作面煤层层厚保持在1.8～2.3 m 范围内，平均煤厚为2.0 m，煤层的倾角保持在3°～8°范围内，平均倾角为6°，该巷道的埋深为635.4 m 左右，该工作面范围内地质条件相对简单，煤层没有明显的起伏变化，是典型的单斜构造，但存在不规则的断层。煤层的直接顶是层厚在10.2～11.5 m 范围内的灰色细砂岩，中、上部断层以角砾为主，中部可见煤纹，下部有直立裂隙存在，其表面不平；老顶是层厚在11.0～11.4 m 范围内的灰白色粉砂岩，有少量黏土质包裹体存在，此外还含有部分植物化石；底板含有厚度在0.2～0.4 m范围内的伪底，以黑色粉砂岩为主，同时富含很多植物根部化石；直接底是层厚在3.3～4.1 m 范围内的灰白色细砂岩，交错状层理，下部还含有一层煤4 下分层，其厚度不超过0.3 m；老底是层厚在8.2～9.8 m 范围内的灰白色细砂岩，舟状交错层理，在同层内存在小断裂带，以棱角状角砾为主，充填物主要为石脉。

2 尺寸确定

若将支护措施确定为联合使用原有的锚带网和锚索托梁，则要在选取具体预留宽度的过程中要严格遵循下列各项基本原则：在切实满足物料设备运输与巷道通风以及作业人员通行等各项基本需求的前提下，巷道实际高宽均要合乎基本条件，通过小面积适当修整后符合条件亦可[2]；在巷道受到采动的动压作用及影响后应仍能保持在完整的状况下；锚索自身锚固性能必须合乎标准要求，以最大限度发挥出悬吊作用；将煤炭资源损失降至最低。考虑到所留巷道会在将来一段时间内为新工作面提供运输巷道和回风巷道，所以要求巷道的净断面面积达到9 m2以上。此外，巷道在受到采动动压持续作用与影响后难免出现一定程度的变形，在充分考虑这部分变形的基础上，将巷道留设宽度确定为不小于3.5 m。

3 支护设计

为保证最终的支护效果，需要在支护施工开始前结合巷道具体情况做好支护设计，确定适宜的支护技术措施，为后续正式施工提供可靠的理论和技术指导。在确定锚索具备的功能前提下，掌握组合岩梁具备的机理，同时还要考虑以往相关工作经验，在设计阶段提出所用支护措施对应的各项技术参数[3]。通过之前的叙述可知，巷道实际宽度不能小于3.5 m，围岩顶板借助原有的锚带网实现支护，同时设置锚索托梁，单个钢梁实际长度在3.5 m 左右，设置间距为1.8 m，具体设置位置为原有钢带之间。若钢带之间没有设置钢梁，则采用单根锚索进行支护，按三花形式布置，尺寸为Φ17.80 mm，选取星型托盘。在切顶线之前垒砌矸石袋，并与锚索钢梁端头完全紧贴，将矸石袋垒砌完成后，采用圆木作为临时支护措施，同时还要对垒砌完成的矸石袋进行检查，确认接顶是否达到严密，最后在与棚头紧贴的部位设置单排支护，以此进一步加强整个支护体系。

4 施工方法

锚索托梁的施工需适当超前进行，每个托梁设置三根锚索，每根钢梁的长度按照3.5 m 控制，以1.8 m的间隔距离在原巷道钢带支护之间进行设置，锚索尺寸为Φ17.8 mm，肩窝锚索和顶板之间的夹角按照70°控制，在设置中间锚索时应确保和顶板保持垂直。

待工作面切顶合乎要求后，即可着手垒砌矸石袋，此时采用2 m 左右的倾向宽度，而高度则以达到见顶见底要求严格控制，通常将每0.6 m 作为一个完整的循环，通过压茬垒砌实现。对于砌矸墙，其位置为切顶排范围内，为保证各地点的施工都能在稳定状况下开展，应采用适宜的型钢加以可靠支护，同时还要把其中一端完全插进稳定的部分。此外为防止老塘出现滚矸的情况，还要在支架上部设置菱形网进行可靠护顶。巷道填充支护如图1 所示。

图1 巷道填充支护

施工中采取以下加强支护措施：

1）将矸石袋垒砌完成后需要与单体支护结构完全贴紧，在矸石袋上部0.8 m 的位置按照2 m 的间隔距离设置一排直径达到180 mm 及以上的原木，以此有效加强支护；在与下面切眼门口正对的矸石袋按照1 m 的间隔距离设置直径达到180 mm 及以上的圆木，以此有效加强支护；

2）矸石袋的垒砌需严格按照从内到外和从下到上的顺序进行，将矸石袋垒砌好，并设置好圆木以后，还要考虑设置好单个支护体系，用于加强顶梁部分的支撑，支柱所有手把体与卸载阀都在走向上朝向外部，在穿齐所有铁鞋之后，还需拴上一条防倒绳，确保初始支撑作用力达到50 kN 及以上；

3）针对在后维护段落内布置的支柱，活柱一般不能小于200 mm，倘若发现有支柱发生失脚，则务必立即进行针对性整改，而一旦出现失效柱，则要将更换掉，且施工期间应遵循先支护再整改的基本原则[4]；

4）参照后维护压力大小，若压力显示的十分明显，则要增设双排加强柱，也可在第一排的外侧按照5 m 的间隔距离设置π 型钢进行加强支护；如果依然无法对顶板进行有效控制，则可以考虑在锚索钢棚上头按照5 m 的间隔距离设置井字形木垛加以可靠支护，该木垛为1.2 m 长半圆木，在没有特殊要求的情况下也可使用方木；在设置木垛的过程中，应先将底板上存在的浮煤浮矸全部清理干净，使木垛做到见顶见底，最后在顶板使用木楔将顶板完全打牢。

5 支护效果

本次所用支护方法具有很好的悬吊性能，能从本质上控制好顶板的离层，使留巷的顶板变为组合式岩梁，进而有效管理巷道的顶板[5]。对采空区范围内分布的留巷段落，可通过垒砌矸石袋实现加强支护，杜绝围岩出现太大变形，而因为可能受到其它工作面采动造成的影响与作用，会使留巷出现异常情况，包括下沉和底鼓等，对此可通过人工卧底来满足包含巷道内运输和通风等在内的各项基本要求。

采用以上支护措施后，能显著减少煤炭资源的损耗，当运输巷的长度为250 m 时，通过对以上支护技术的应用，能多回收近0.46 万t 的煤柱；此外还能大幅减少掘进量，伴随工作面不断推进，设置完成的留设巷道可以为后续其它工作面提供运输巷，减少一条巷道实际掘进量，若留设巷道的长度为250 m，则能节省近25 万元的费用。在社会效益方面，若矸石垒砌带宽为2 m，高度为1.7 m，则采用以上支护技术措施后可消除0.13 万t 的井下矸石，具有十分显著的社会效益[6]。

6 结语

对于沿空留巷支护，锚索托梁支护实现了很大程度的改进，可从本质上改善顶板部分的完整性，达到预期悬吊的目标，形成符合预期的组合式岩梁结构，进而实现对顶板部分的有效控制；通过在适当位置垒砌矸石袋能有效增强支护，杜绝顶板下沉现象的发生，这对巷道的成型十分有利，杜绝变形等现象发生，有明显的经济效益和社会效益。以上结合综采充填工作面实际情况，对其沿空留巷支护技术具体应用进行了初步分析与总结，旨在为其它类似综采充填工作面沿空留巷支护施工提供可靠技术参考，保证最终的支护质量效果。