柔模混凝土支護(hù)沿空留巷技術(shù)應(yīng)用研究

王麗軍

（沁和能源集團(tuán)有限公司永紅煤礦，山西 晉城 048000）

沿空留巷的工作面設(shè)計能夠有效加快工作面的圈成速度，而且可以不用留設(shè)保護(hù)煤柱，提高回收率，提高經(jīng)濟(jì)效益。沿空留巷可以采用一進(jìn)兩回的通風(fēng)方式改善工作面通風(fēng)條件，解決了U 型通風(fēng)工作面瓦斯積聚的問題，使工作面的生產(chǎn)條件得到安全保障，因此被廣泛應(yīng)用[1-4]。但在深部礦井中，由于井下的高應(yīng)力環(huán)境，沿空留巷的圍巖變形情況一直得不到有效解決，受工作面二次采動的影響，巷道圍巖破碎更加嚴(yán)重，致使留巷內(nèi)的支護(hù)效果降低，巷道大量變形，不得不進(jìn)行頻繁巷修以保證工作面順利回采。為了解決這一問題，永紅煤礦決定在原有的錨網(wǎng)、索以及超前支護(hù)的基礎(chǔ)上，著重對留巷的采空區(qū)側(cè)巷幫使用柔?；炷吝M(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，通過礦壓監(jiān)測評價其應(yīng)用效果，為類似的深部開采礦井積累提供可參考的實際技術(shù)參數(shù)。

1 概況

永紅煤礦1503 綜采工作面位于15 采區(qū)，主采15#煤層，為突出煤層。該煤層發(fā)育平緩、結(jié)構(gòu)簡單，煤厚2.9～5.2 m，平均煤厚4.05 m，煤層傾角0°～13°。15 采區(qū)水平主應(yīng)力14.28～26.70 MPa，垂直應(yīng)力為18.81 MPa，屬于高應(yīng)力采區(qū)。為保證1503 綜采工作面回采期間沿空留巷大變形，決定在該工作面進(jìn)行柔?；炷磷o(hù)幫技術(shù)應(yīng)用。

2 留巷原支護(hù)方案

1503 綜采工作面巷道沿煤層頂?shù)装寰蜻M(jìn)，矩形斷面，巷道凈寬4.2 m，凈高4.0 m，原支護(hù)形式為高強(qiáng)度錨網(wǎng)索+錨桿綜合支護(hù)。工作面在回采期間采用超前支護(hù)減少采動對巷道圍巖的破壞影響[5-6]。

2.1 支護(hù)參數(shù)

巷道頂板錨索長度5.2 m，直徑21.8 mm，材質(zhì)為1860 級鋼絞線，打設(shè)間距為0.9 m，排距0.8 m，使用MSZ-23-120 型錨固劑，菱形金屬網(wǎng)；巷幫使用錨索長度4.2 m，直徑17.8 mm，材質(zhì)同為1860級鋼絞線；錨桿長度為2.5 m，直徑為18 mm，回采側(cè)巷幫打設(shè)間距為0.8 m，排距為0.8 m，煤柱側(cè)巷幫打設(shè)間距為1.0 m，排距為0.8 m。

2.2 工作面超前支護(hù)

工作面在回采期間，為避免超前應(yīng)力顯現(xiàn)對巷道圍巖造成破壞，對工作面超前距50 m 以外進(jìn)行超前加固支護(hù)，減少留設(shè)巷道的圍巖變形量[7-10]。在原巷道支護(hù)基礎(chǔ)上，增加打設(shè)錨索3 根，補(bǔ)設(shè)錨索長度為9.2 m，直徑為21.8 mm，材質(zhì)為1860 級鋼絞線，初始張拉力保證在300 kN 以上，在頂板增加一層菱形錨網(wǎng)，錨網(wǎng)長6.3 m，寬1.0 m。超前加固支護(hù)斷面如圖1。

圖1 1503 工作面回風(fēng)巷超前加固支護(hù)

3 柔?；炷磷o(hù)幫加固方案

1503 工作面回風(fēng)巷為沿空留巷，在靠近采空區(qū)側(cè)使用混凝土模塊沿幫構(gòu)筑進(jìn)行護(hù)幫，回風(fēng)巷凈寬2 m，凈高4 m，護(hù)幫所用柔?；炷磷畲笾ёo(hù)寬度為1.5 m。該模塊是混凝土填充的預(yù)成型形態(tài)，自身具備自閉注漿口，方便注漿填充，支護(hù)強(qiáng)度高，施工安裝便捷。注漿材料選用礦用高強(qiáng)度混凝土，強(qiáng)度不得小于CF40。

混凝土模塊使用22 mm 直徑螺紋鋼做對拉錨栓，栓桿長度不小于1.7 m，對拉錨栓垂直巷幫布置，布置間距為0.75 m，排距為0.7 m?；炷聊K充填漿液完成后，養(yǎng)護(hù)48 h，然后對錨栓施加不低于300 N·m 的扭矩進(jìn)行預(yù)緊。錨栓下要襯墊高強(qiáng)度鋼帶，鋼帶采用直徑為16 mm 的圓形鋼筋焊接制作，鋼帶布置間隔為80 mm。圖2 為柔?；炷良俺涮钭o(hù)幫效果圖。

圖2 柔?；炷良俺涮钭o(hù)幫效果圖

4 礦壓監(jiān)測及效果分析

4.1 留巷礦壓監(jiān)測

沿空留巷柔?；炷磷o(hù)幫支護(hù)方案實施后，為采集科學(xué)詳實的應(yīng)用數(shù)據(jù)，在護(hù)幫段布置礦壓監(jiān)測點，對留巷的圍巖變形情況進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。監(jiān)測點共3 個，編號分別為1#、2#、3#監(jiān)測點。1#監(jiān)測點位于2#模塊處；2#監(jiān)測點位于30#模塊處，與1#監(jiān)測點間隔81 m；3#監(jiān)測點位于60#模塊處，與2#監(jiān)測點間隔89.5 m。

本次礦壓監(jiān)測主要收集沿空留巷圍巖變形數(shù)據(jù)，主要為巷道頂?shù)装逑鲁凉钠饠?shù)據(jù)以及巷幫位移數(shù)據(jù)，通過十字監(jiān)測法對工作面超前50 m 處區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測。圖3 為本次礦壓監(jiān)測采集數(shù)據(jù)，圖中橫軸所標(biāo)距煤壁距離為監(jiān)測點與回采切眼之間的距離，超前工作面距離減小，滯后工作面距離增大，橫軸坐標(biāo)隨工作面推進(jìn)而增大。

圖3（a）中顯示為1#監(jiān)測點圍巖變形情況。其中巷道頂板下沉量為408 mm，從下沉曲線上可以看出在滯后工作面60～80 m 范圍內(nèi)，下沉較為明顯，80 m 后下沉趨勢平穩(wěn)；巷道底板鼓起量為1018 mm，從底鼓曲線上可以看出在滯后工作面20～100 m 范圍內(nèi)，底板鼓起量增加較快；巷幫位移量為260 mm，巷幫鼓起量為179 mm，變形量小，較之前無明顯變化。圖3（b）中顯示為2#監(jiān)測點圍巖變形情況。其中巷道頂板下沉量為318 mm，從下沉曲線中可以看出巷道頂板分別在滯后工作面100 m 和157 m 位置時下沉量明顯較大；巷道底板鼓起量為1477 mm，從底鼓曲線中可以看出巷道底板分別在滯后工作面33 m 和92 m 位置時鼓起量增加較大；巷幫位移量基本無變化，巷幫鼓起量為621 mm，曲線表示在滯后工作面110 m 和154 m 位置時明顯增大。圖3（c）中顯示為3#監(jiān)測點圍巖變形情況。其中巷道頂板下沉量為118 mm，無明顯變形；巷道底板鼓起量為522 mm，曲線中可以看出分別在滯后工作面44 m、80 m 以及140 m 位置時有明顯鼓起量增加；巷幫圍巖變形量較小，無明顯變化。本次礦壓監(jiān)測測得沿空留巷圍巖變形數(shù)據(jù)中，巷道頂板最大下沉量為408 mm，底板最大鼓起量為1477 mm，巷幫最大鼓起量為621 mm。

圖3 沿空留巷圍巖變形情況監(jiān)測曲線

1503 綜采工作面回風(fēng)巷在進(jìn)行柔模混凝土支護(hù)之前，巷道部分區(qū)域就已經(jīng)存在頂板開裂下沉的情況，雖然進(jìn)行及時修巷，但是受到工作面采動影響，應(yīng)力變化劇烈，巷道頂板變形仍然嚴(yán)重，甚至在局部區(qū)域形成了煤體碎裂剝落將塑料網(wǎng)和錨網(wǎng)壓墜成包。在采用柔模混凝土補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)后，除底板圍巖變形量較大之外，頂板及巷幫變形情況已得到明顯控制。表明使用柔?；炷吝M(jìn)行支護(hù)補(bǔ)強(qiáng)的方式對巷道變形情況有良好的控制作用。

4.2 沿空墻體對拉錨栓應(yīng)力監(jiān)測

為進(jìn)一步了解柔模混凝土支護(hù)的應(yīng)力變化情況，針對對拉錨栓進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)測，分別在3#模塊以及15#模塊上的錨栓布置監(jiān)測點，監(jiān)測點編號為1#、2#。圖4 為對拉錨栓應(yīng)力變化曲線。

圖4（a）中顯示，1#監(jiān)測點在滯后工作面60～90 m 范圍內(nèi)，對拉錨栓應(yīng)力變化劇烈，快速攀升至185 kN，隨后迅速回落至52 kN；90～185 m 范圍內(nèi)，錨栓承壓上升趨勢穩(wěn)定，承壓達(dá)215 kN 后趨于穩(wěn)定。圖4（b）中顯示，2#監(jiān)測點在滯后工作面21～100 m 范圍內(nèi)，對拉錨栓承壓數(shù)值基本穩(wěn)定在25 kN 左右；100～142 m 范圍內(nèi)，壓力逐漸提升至39 kN，然后趨于穩(wěn)定。

圖4 沿空墻體對拉錨栓應(yīng)力變化曲線圖

根據(jù)1#、2#錨栓應(yīng)力監(jiān)測點所測數(shù)據(jù)分析，柔模混凝土應(yīng)力變化較為平緩，無明顯周期性應(yīng)力顯現(xiàn)。結(jié)合現(xiàn)場情況，留巷墻體未發(fā)現(xiàn)明顯破壞現(xiàn)象，柔模混凝土支護(hù)的強(qiáng)度達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，證明在深部礦井的高應(yīng)力環(huán)境中，柔?；炷磷{充填完成后，其彈性支護(hù)的特點緩沖了巷道圍巖劇烈變形對巷道的破壞，在充填的混凝土凝固后，支護(hù)強(qiáng)度增加，能夠更加有效地保證巷道的完整情況。

5 結(jié)論

在高應(yīng)力環(huán)境下，巷道圍巖變形嚴(yán)重，特別是在進(jìn)行沿空留巷時，留巷段圍巖破碎變形劇烈，導(dǎo)致巷道頂板下沉、底板鼓起、巷幫位移，不僅對工作面安全生產(chǎn)帶來威脅，頻繁的巷修工程還浪費(fèi)大量的人力、物力以及時間成本。在采用傳統(tǒng)的錨網(wǎng)索+錨桿支護(hù)形式的基礎(chǔ)上使用柔?；炷磷o(hù)幫、單體柱臨時支護(hù)，實現(xiàn)了高應(yīng)力采區(qū)沿空留巷，為其他相似環(huán)境條件提供了寶貴的經(jīng)驗。