采煤工作面柔模沿空留巷技术研究

杨学春

（汾西矿业集团水峪煤矿，山西 孝义 032300）

引言

目前我国煤炭资源采出率较低，浪费现象严重，全国煤炭资源采出率仅在40%左右[1-2]。如何提升煤炭采收率、延长矿井服役时间，是实现煤炭资源高效开采的关键内容之一[3]。沿空留巷由于不需要留设保护煤柱（或者留设宽度较小的护巷煤柱），在提高煤炭采收率、经济效益以及缓解采掘接替紧张局面等方面有显著优势[4-5]。沿空留巷支护中木垛、砌块、密集支柱等支护形式均不同程度存在强度低、密闭性差等问题，不适应当前煤矿安全生产要求；高水速凝材料等，工艺复杂、较大增加开采成本，所以选择合适的巷旁支护材料和方式，对于留巷支护而言非常关键[6-7]。柔模沿空留巷技术凭借支护成本相对较低、支护强度高以及围岩控制效果好等优点，在煤矿井下应用不断增加[8]。山西某矿采用一井一面布置方式，为安全高产高效矿井，但在工作面回采过程中，顺槽煤柱通常留设25 m，一定程度上制约了煤炭采出率的提高。因此，为实现绿色安全高效开采，加快无煤柱沿空留巷技术研究与应用迫在眉睫。本文提出将柔模沿空留巷技术应用到矿井采煤工作面回采巷道围岩控制中，以期能在一定程度提高矿井煤炭生产效率以及矿井经济效益。

1 2201 采煤工作面概况

山西某矿现阶段生产主要集中在浅部的2 煤，采用综采开采工艺，煤层顶底板岩性参数见表1。2 煤2201 综采工作面开采长度为3 914.2 m，切眼斜长260 m，开采范围内煤厚2.6 m。2201 采煤工作面回采巷道断面参数为掘宽（净宽）5.4 m，净高2.8 m，断面积15.12 m2，巷道采用锚网索支护顶板。为降低围岩支护难度并确保巷道围岩稳定，采面留设的护巷煤柱宽度为25 m，煤柱留设造成的煤炭损失量33 万t（此处按面推进长度估算）。矿井2 盘区采面间设计留设25 m 保护煤柱，则仅能布置9 个回采工作面，若使用沿空留巷技术则可将采面布置数量由9 个增加至11个，可实现盘区煤炭资源高效回采。为提高矿井煤炭开采效率，提出将柔模留巷技术应用到2201 采煤工作面运输巷中，本文对柔模留巷技术工艺以及应用效果等进行分析。

表1 顶底板岩性

2 柔模留巷技术

2.1 巷道补强支护

对留巷段围岩进行补强，可降低采动动压对巷道围岩变形影响，并为留巷工作开展创造良好条件。基于2201 运输巷现场工程地质条件，并结合其他矿井留巷经验，采用锚网索对留巷段补强。顶板补强用Φ17.8 mm×6 500 mm 的钢绞线，配合300 mm×300 mm×12 mm 铁托板，每根锚索配3 根CK23×500 mm锚固剂。在顶板中部施工锚索，按照“二一二”布置方式进行补强，若遇到地质构造段或者来压段时则在单排锚索旁增加布置一个锚索。巷帮用玻璃钢锚杆补强，其中正帮、副帮玻璃钢锚杆规格分别为Φ22 mm×2 000 mm、Φ22 mm×1 600 m；若遇到构造带或者来压段时，则可用锚索补强。具体巷道补强支护设计如下页图1 所示。

图1 巷道补强支护示意图（单位：mm）

2.2 支护模柱施工

2.2.1 支护参数

根据2201 运输巷现场条件并结合工程类比法，在留巷段使用的柔模混凝土强度为C30、宽度为1 000 mm。为提高柔模混凝土支撑能力及稳定性，在柔模混凝土中预置Φ20 mm×1 100 mm 锚栓，在锚栓两端均布置150 mm×150 mm×8 mm 托板。在浇筑混凝土时，间隔75 m、150 m 分别布置一个观测孔、注浆孔，以便对采空区遗煤进行防灭火。柔模支护示意图，如图2 所示。

图2 柔模支护示意图（单位：mm）

2.2.2 混凝土配比

2201 运输巷沿空留巷柔模混凝土标号C30，在运输巷内使用的柔模混凝土初步配合比见表2。

表2 柔模混凝土配比

在井上将柔模混凝土材料及添加剂等按设计配比均匀混合，使用专用下料钻孔将混凝土泵送至井下，后通过专用运输车辆将混凝土运输至施工地点。

3 现场应用效果分析

在2201 运输巷采用柔模沿空留巷技术后，间隔400 m 布置测站对围岩变形监测，测站测点分别位于顶底板中点、顶底板靠副帮及柔模侧各500 mm 处、巷道两帮中点处，具体3 号及5 号测站围岩变形结果如图3 所示。

图3 围岩变形量监测结果

从图3 可知，3 号及5 号测站留巷段顶板下沉量最大位置靠近柔模侧，分别为145 mm 和218 mm；两帮移近量分别为42 mm 和66 mm。留巷段围岩变形依据变形量曲线变化可划分内3 个阶段，第一阶段（采面后方0～25 m）移近量及速度相对较小；第二阶段（采面后方25～100 m）围岩变形速度较快，其中顶板、巷帮最大变形速度分别为27 mm/d、9 mm/d；第三阶段（采面后方100 m 以外），围岩变形基本稳定。布置测站监测得到留巷段顶板、巷帮变形分别为218 mm、66 mm，围岩变形不会影响巷道使用。

4 结语

沿空留巷是一项涉及内容广、技术难度大、跨度时间长的技术工程。留巷支护要考虑巷道掘进、回采前、留巷过程中及成巷后不同阶段的支护及补强，是动态的过程。实现安全有效的沿空留巷，必须根据每个阶段的特点制定相应支护措施。通过巷内锚网索超前补强支护、柔模混凝土墙巷旁支护、单体支柱+钢梁被动支护等可有效控制留巷段围岩变形。现场应用后，留巷段顶板、两帮的变形量分别控制在218 mm、66 mm 以内。