新景矿工作面巷旁充填沿空留巷支护技术应用
时间：2023-04-18 14:20:05 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
田晓龙
（华阳集团新景公司，山西 阳泉 045000）
随着国民经济的快速发展，我国的煤炭需求量和开采强度逐年增加，赋存条件优越的煤炭资源逐渐枯竭，为提高煤炭回收率，国内采矿专家提出了无煤柱开采技术。无煤柱开采技术主要包括沿空掘巷和沿空留巷。其中沿空留巷是将上个工作面回采巷道保留下来用作下个工作面使用，由于可以少掘进1条巷道，显著降低下个工作面开拓成本，缓解矿井采掘接续紧张局面，同时回收了区段煤柱，提高煤炭回收率，具有显著的经济效益。沿空留巷一侧巷帮为采空区，目前一般采用巷旁充填的方式进行支护，充填材料主要有柔膜混凝土、高水材料和井下矸石等[1-6]。新景矿3213第一辅助进风巷计划采用巷旁充填沿空留巷的方式保留下来用作邻近工作面回采巷道使用，以提高新景矿煤炭回收率、降低开拓成本，具有显著的经济效益。
新景矿3213工作面位于525水平二采区南翼中部，平均埋深470 m，工作面北方向为采区巷道，南方向为保护煤柱，东方向为7211采空区，西方向为3215工作面（未采），采掘工程平面如图1所示。3215工作面开采3#煤层，据地质资料可知，工作面开采区域煤厚1.62～2.88 m，平均2.5 m。3#煤层结果简单，属中厚稳定可采煤层，煤层倾角平均6°；
煤层老顶为灰白色细粒砂岩，平均厚度4.61 m，局部冲蚀至下部岩层，与煤层接触；
直接顶为灰黑色砂质泥岩，平均厚度1.25 m，局部受冲刷缺失；
直接底为黑色泥岩，平均厚度1.6 m，岩性硬而脆。新景矿3213工作面布置四条巷道，三条进风巷一条回风巷，形成三进一回的通风系统。根据工作面生产地质条件，为提高煤炭回收率，降低巷道开拓成本，计划将第一辅助进风巷采用沿空留巷的方式保留下来用作下个工作面使用，试验巷道掘进断面为矩形，掘进宽度4.3 m，掘进高度2.7 m。
图1 试验巷道采掘工程平面
新景矿3213第一辅助进风巷采用沿空留巷支护技术，留巷前巷内采用锚杆+锚索+钢带+金属网联合支护，留巷后，巷旁采用柔膜混凝土墙支护，柔膜混凝土墙采用对拉锚栓+钢带+钢筋网强化性能，同时采用锚索进行补强支护，采用单体支柱+π型梁进行临时支护。
2.1 留巷前支护技术与参数
新景矿3213第一辅助进风巷留巷前采用锚杆+锚索+钢带+金属网联合支护，具体支护参数如下：
（1）锚杆：顶锚杆为规格ϕ20 mm×2 400 mm的高强锚杆；
帮锚杆为规格ϕ18 mm×1 800 mm的麻花锚杆；
顶、帮锚杆均配MSK2335及MSZ2360型药卷各1卷；
顶锚杆间距780 mm，帮锚杆间距800 mm，排距均为850 mm，预紧扭矩均不低于300 N·m。
（2）锚索：锚索为规格ϕ17.8 mm×7 200 mm的钢绞线，间距2 340 mm，排距850 mm，每根锚索配1卷MSK2335型、2卷MSZ2360型 药卷，预紧力不低于250 kN。
（3）顶板锚杆锚索呈排布置，每排布置4根锚杆、2根锚索，顶锚杆索采用长度4 200 mm的W钢带成排连接，帮锚杆采用长度1 300 mm的W钢带成排连接。
（4）金属网：巷道顶部及两帮均铺设金属网，顶网规格4.5 m×0.95 m，帮网规格2.5 m×0.95 m。
留巷前巷道支护如图2所示。
图2 留巷前巷道支护
2.2 充填沿空留巷支护技术与参数
新景矿3213第一辅助进风巷留巷后巷旁采用柔膜混凝土墙支护，柔膜混凝土墙采用对拉锚栓+钢带+钢筋网强化性能，同时采用锚索进行补强支护，采用单体支柱+π型梁进行临时支护，具体支护参数如下：
（1）柔膜混凝土墙：留巷后巷道宽度为4.5 m，柔膜混凝土墙采用宽1.2 m、高2.7 m、长2.0 m的柔模支设，采用标号C30混凝土筑墙，墙体厚度1.2 m，设计浇筑后的墙体强度不低于C30。柔膜混凝土墙采用对拉锚栓+钢带+钢筋网强化性能，对拉锚栓采用ϕ20 mm高强螺纹钢制作而成，长度1 300 mm，间距750 mm，排距1 000 mm，采用W钢带成排连接，预紧扭矩不低于150 N·m，表面铺设钢筋网片，具体支护如图3所示。
图3 柔膜混凝土墙支护
（2）采用锚索进行补强支护，补强锚索布置两排，一排布置在巷内顶板，距混凝土墙0.3 m施工，另一排布置在采空区顶板，距混凝土墙0.2 m施工，锚索为规格ϕ17.8 mm×7 200 mm的钢绞线，排距850 mm，预紧力不低于250 kN。
（3）采用单体支柱+π型梁进行临时支护，工作面前方30 m至后方100 m进行临时支护，单体型号DW28，π型梁长度4.0 m，棚距1.0 m。
留巷后巷道支护如图4所示。留巷过程如图5所示。
图4 留巷后巷内支护
图5 留巷过程
将设计的巷旁充填沿空留巷支护技术在新景矿3213第一辅助进风巷进行工业试验，同时，监测了留巷过程中的围岩变形，3213第一辅助进风巷留巷时期围岩变形情况如图6所示。
图6中试验巷道留巷后其变形可分为三个阶段：第一阶段为缓慢变形阶段，为工作面后方0～20 m范围内，该阶段留巷主要受基本顶回转下沉作用，巷道围岩变形量相对较小，围岩变形速度也相对较小，该阶段顶底板累计变形量69 mm，两帮累计变形量28 mm，变形速度最大8.5 mm/d。第二阶段为快速变形阶段，为工作面后方20～60 m范围内，该阶段基本顶回转破断，留巷主要受覆岩剧烈活动影响，巷道围岩变形量、变形速度急剧增加，该阶段顶底板累计变形量208 mm，两帮累计变形量165 mm，变形速度最大22 mm/d。第三阶段为缓慢变形—稳定阶段，为工作面后方60 m范围外，该阶段覆岩活动基本稳定，巷道变形速度大幅度降低，巷道围岩逐渐稳定；
工作面后方100 m范围外，巷道围岩变形速度趋近于0 mm，巷道处于稳定状态，巷道稳定后。以上三个阶段顶底板累计变形289 mm，两帮累计变形206 mm，整体看巷道变形较小，均在可控范围内，表明巷旁充填沿空留巷支护技术的合理性和可靠性。
图6 3213第一辅助进风巷围岩变形情况
为提高煤炭回收率、缓解矿井采掘接续紧张局面、降低巷道开拓成本，基于新景矿3213工作面生产地质条件，采用了巷旁充填沿空留巷支护技术。新景矿3213第一辅助进风巷采用沿空留巷支护技术，留巷前巷内采用锚杆+锚索+钢带+金属网联合支护，留巷后，巷旁采用柔膜混凝土墙+对拉锚栓+钢带+钢筋支护，巷内采用锚索补强支护、单体支柱+π型梁临时支护。工业性试验结果显示，留巷稳定后，顶底板累计变形289 mm，两帮累计变形206 mm，整体看巷道变形较小，均在可控范围内，表明巷旁充填沿空留巷支护技术在新景矿是合理、可靠的。
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