深井综采工作面无煤柱沿空留巷施工新工艺

亓东波

摘 要：我国煤矿的开采深度以每年8-12m的速度增长，东部矿区较早地进入深部开采，随着矿井的开采深度增加，地质条件越来越复杂，煤层倾角变大，水平应力和垂直应力急剧升，而且水平应力的影响明显增强，个别区域甚至超过垂直应力的影响，这就导致了相应开采难度也越来越增大，呆滞煤量开采难度更大，深部矿井面临找煤扩量，减少资源丢失问题，同时由于过多的区段煤柱留设，带来应力集中引起的顶板灾害。深矿井开采的无煤柱沿空留巷就是今后煤矿开采的新途径。。孙村煤矿无煤柱沿空留巷施工工艺，提出了切实有效的应用技术，通过实施断顶、注浆锚索加固、巷旁挡矸、挂网喷浆等综合手段，在2318等工作面，取消区段煤柱改善顶板应力分布，取得了良好的效果。

关键词：锁边;加固;断顶;挡矸;喷浆

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.05.086

0 前言

我国煤矿的开采深度以每年8-12m的速度增长，东部矿区较早地进入深部开采，目前在浅部的矿井最终也会进入深部开采。深部开采出现的主要问题是巷道矿压显现强烈，围岩软化，变形速度高，变形量大，维护困难。回采工作面两端的区段巷道长期以来一直沿用留煤柱的方法进行维护。采用煤柱维护区段巷道，煤炭损失量很大，一般占全矿煤炭损失总量的40%左右。因此，研究区段间无煤柱护巷技术，对大多数煤矿企业无论是从提高煤炭资源回收率还是降低巷道掘进率上来讲都是行之有效的良好手段。 受上部或相邻回采工作面采空区影响，巷道围岩条件极为复杂，过老巷、采空区、煤柱集中压力区、复合顶板等特殊情况较多，巷道位于不稳定岩体中，围岩强度低、稳定性差，普遍需要后期进行扩修和加固，特别是深部围岩所处的“三高一扰动”复杂环境，给沿空留巷技术的应用带来一系列的新问题，巷道围岩压力增大，动载扰动增多，围岩变形量显著增大，使常规的锚杆（索）+充填体支护技术已不能满足支护要求，巷道维护变得异常困难。深矿井开采的无煤柱沿空留巷新工艺的成功，是今后煤矿开采的新途径。

1 留巷情况

孙村煤矿自2017年以来开始实施无煤柱沿空留巷，分别在2、3、4、11、13层煤等工作面进行了实施，无煤柱沿空留巷长度近2000米。下面以2318工作面为例说明：

2 2318工作面

工作面開采块段走向长553.5～585.7m，平均走向长569.6m，倾斜长160.7～194.6m，平均倾斜长190.9m，下平巷埋深为-844.63～-859.7m，平均倾角16.3°。煤层厚度1.26m，基本顶为厚度2.0m的粉砂岩，灰色、易碎、不含水、无层理，抗压强度19.0MPa。二层煤至三层煤层间距变化较大，工作面东部层间距3.5m左右，向西层间距逐渐增厚，厚度在8.0m左右。 2318下巷留巷为架棚式留巷，在巷道上帮超前打两排注浆锚索加固，锚索间排距0.9m，一排锁边锚索，一排加固锚索，巷旁支护方式为“架棚棚腿+菱形网+喷浆+补喷”。

3 留巷工艺

（1）留巷位置：2318工作面下平巷自工作面切眼开始，西至切眼以西10m，东至停采线范围。

（2）材料选型：Φ22×4100mm、Φ22×6000mm中空注浆锚索、钢梁选用优质工字钢（2.0～3.0m），菱形网（Φ10# 50×50 镀锌）。锚索盘：采用Q215钢材制作蝶形托盘。

（3）锁边锚索：锁边锚索采用注浆锚索配合锚梁、锚带加固顶板，锚索走向一条线，超前工作面30m进行支打。按0.5m间距打超前断顶孔。

（4）加固锚索：1000mm，间距900mm（±100mm），与原巷道支护锚索呈“五花布置”加固顶板。

（5）断顶眼：与锁边锚索走向一致，眼距0.3-0.5m，眼深6m，其数值大小根据直接顶变化情况调整;水平夹角75°，其数值大小根据煤层倾角调整;但必须以有效断顶为目的。

（6）采用架设梯形棚方式对留巷进行二次加固支护，铺网和腰帮进行采空区挡矸。在梯在梯形棚棚头，一梁二柱加固支柱保持30m，作为周期来压的稳定支护。

（7）喷浆封堵采空区：按水泥：红石粉=1：4的配比搅拌均匀，潮料喷浆，将巷旁侧全部严密封堵。

（8）使用新型封堵材料进行采空侧巷帮补喷封堵。受顶板动压影响局部出现喷体裂隙时，使用煤矿专用高压喷涂设备，按照A、B料进行1：1比例进料，通过静态混合器自动混合，达到有效封堵。速密闭材料反应时间短、速度快、膨胀系数高（10-30倍），反应产物粘结性好，完全克服了传统材料遇水剥落的缺点，固化后气密性好、闭孔率高、不韧性、弹性、不开列、不脱落、高阻燃，因此可承受一定的地质变化，能有效的起到防水防潮，防气体泄露的作用，粘合力强。密闭性强，达到了有效封堵采空区的目的。

4 留巷观测

留巷观测方法：自切眼向外每隔10m设一组矿压观测点，采用“十”字观测法观测，进行顶底板及两帮移近量的观测。 根据观测日顶底板最大移近量90mm，平均移近量19mm，两帮最大移近量35mm，平均移近量11mm，巷道变形以底臌为主，顶板完整无弯曲断裂，留巷后期保持巷道断面，以卧底为主进行整治。

5 取得效果及结论

（1）取得效果。通过采用锚注切顶技术“注浆锚索+架棚+菱形网+喷浆封堵+补喷”，达到了“留巷顶板拉的住，采空区顶板下的来，巷旁挡矸封堵严”， 实现成功留巷和采空区严密封堵;取消区段煤柱保证顶板应力均匀分布，消除了开采过程中应力集中的威胁，降低顶板灾害;通过对留巷顶板观测，更直观的了解采空区对巷道顶板变化的影响，深化了对顶板运动规律认识水平;优化采区工作面巷道布置，实现“110工法” ，减少煤柱损失，降低万吨掘进率。

（2）结论。我国许多煤矿已经进入了深部开采，结合深部矿井地压增高、地温增高、岩性变差的实际情况，对复杂条件综采工作面安全开采技术进行研究，通过在国内第一特深矿井研究实施复杂条件综采工作面安全开采技术，有效解决了深部条件下的无煤柱沿空留巷难题，降低顶板灾害风险，成功实现了安全高效开采，提高煤炭资源回收率和经济效益，实现老矿井可持续发展，同时为其他深部矿井提供可靠的技术支持和实践经验。