沿空留巷錨桿支護技術

    龍煤鶴崗分公司南山煤礦，設計生產(chǎn)能力為300萬t/a。盆底北翼區(qū)15層三分段工作面回采工藝為高檔機采，上下巷道為錨桿支護。3305隊工作面推進速度比較快，要求備用工作面3305隊必須在工作面結束前3～5月準備完成。而準備工作面在突出煤層中掘進速度僅為30～40m/月，不能按期掘出，造成采掘失調。為扭轉這一被動局面，在研究國內外錨桿支護沿空留巷現(xiàn)有技術的基礎上，針對南山煤礦的生產(chǎn)實際，確定采用沿空留巷技術，以解決采掘失調之難題。
　　1 工程概況
　　盆底北翼區(qū)15層三分段位于盆底區(qū)中部， 垂深428.3～444.8m ， 走向長680m，煤厚4.4～6.2m，平均4.98m ，煤層傾角13～17°，平均15。煤層結構簡單，中上部煤層較硬，f=0.7～1.02，靠近底部有0.5～0.8m厚軟煤，f=0.2左右，煤頂下1～4m有夾矸1～3層，不連續(xù)，厚0.05～0.1m。煤層頂板直接頂厚23.96m，為砂質泥巖；老頂厚2.90m ，為細砂巖；直接底厚6.89m，為砂質泥巖；老底厚2.6m，為粉砂巖。
　　2 沿空留巷支護設計
　　2.1 圍巖支護載荷計算
　　留巷巷道頂板載荷由直接頂垮落帶懸?guī)r重量與老頂裂隙巖梁的附加載荷組成。根據(jù)數(shù)值模擬分析，工程類比和理論計算，頂板載荷為直接頂載荷與老頂載荷之和，直接頂載荷為其本身的重量，老頂?shù)妮d荷以直接頂載荷的倍數(shù)來估算，則頂板載荷可按如下公式估算確定。
　　Q = （4～8）Mγ
　　式中 Q―頂板載荷集度；M―采高，m；
　　γ―頂板巖石容重，KN/m3。
　　即沿空巷道的載荷與開采厚度成正比關系，頂板壓力相當于采高的4～8倍巖柱重量。取M=2.5m，γ=2500KN/m3，則Q=（0.25～0.5）MPa沿空留巷頂板懸梁載荷強度最大為0.5MPa。
　　2.2 留巷方案優(yōu)化
　　根據(jù)計算，下風巷頂板載荷強度最大為0.5MPa。而目前錨網(wǎng)梁高強度錨桿支護系統(tǒng)，支護強度僅有0.2～0.3MPa（測試計算）；兩幫錨網(wǎng)梁端錨支護系統(tǒng)，支護強度僅0.1～0.15MPa，均滿足不了回采動壓要求。而工字鋼支護強度很低，僅為0.02MPa，根本滿足不了支護強度要求。所以只有靠提高圍巖自身強度，將頂板支護強度提高到0.4MPa 以上，兩幫支護強度提高到0.3MPa以上，采動影響實施臨時加強支護，使支架圍巖形成結構體滿足圍巖載荷要求。經(jīng)分析論證，確定采用巷內組合錨桿加強支護和巷旁聯(lián)合支護無煤柱開采沿空留巷，對所留巷道待采動穩(wěn)定后進行適當清掃落底，滿足最小使用尺寸要求。
　　2.3 沿空留巷技術參數(shù)設計
　　2.3.1 巷內支護參數(shù)設計
　?。?） 巷道頂板支護
　　巷道頂板補強支護型式為注漿錨索+噴漿。參數(shù)為：注漿錨索長度7 m，沿斷面傾斜布置2根，錨索間距2.2m ，排距為3.2m。即每隔一排錨桿布置一排錨索， 每排錨索間用11#工字鋼梁連接起來，梁長2.8m ，沿橫筋鉆錨孔布置。錨索安裝時先用樹脂錨固， 每孔3 卷，CK600型1卷，Z600型2卷。自由段用水泥漿注實。漿液用600#水泥摻速凝早強劑。噴層起膠結增強提高整體強度作用，厚度以覆蓋網(wǎng)和鋼筋梯為原則，噴漿順序在注漿錨索施工前20m。為超前加固不影響工作面生產(chǎn)，注漿錨索和噴層工序應超前回采工作面200m以上。
　?。?） 下幫支護
　　巷道下幫補強支護型式為注漿錨桿+噴漿。沿空留巷時，巷幫不僅承受很大的支承壓力，且為已采區(qū)懸?guī)r的支承點，所以沿空巷道煤幫會嚴重破裂，并向巷道空間方向擠出，這不僅導致煤幫強烈位移，而且懸梁的回轉角增加，引起巷道頂板急劇沉降。因此，制止煤幫強烈位移是控制整個巷道強烈變形的關鍵。采用注漿錨桿和噴層對松軟煤幫進行控制。參數(shù)：注漿錨桿長2.4m ，每排2根，間距1m，排距0.8m。噴層以覆蓋網(wǎng)和鋼筋梯為原則，其注漿錨桿和噴層應超前工作面150m以上。注漿材料以雙液注漿材料為主，水泥漿中摻入速凝早強劑，防析水劑等助劑，速凝劑為水玻璃漿液。
　　2.3.2 巷旁支護
　　在上幫巷道輪廓線以外，傾向1.2m，走向1.5m ，用坑木砌筑木垛并接頂，木垛內充填矸石，木垛之間距離為4m。木垛間緊靠巷道側用密集木支柱加金屬鋼梁垂直頂板支承，外側備木板或擋矸簾，用水泥或黃泥密封?？坎煽諈^(qū)側和木垛平行沿切頂線架設一梁二柱抬棚，梁長為2m。為防止支柱鉆底，在木柱下墊300×300mm料石塊。巷側用黃泥或水泥噴層密封。
　　2.3.3 巷內臨時加強支護
　　為控制老頂來壓對巷道產(chǎn)生動壓破壞作用，沿巷道走向中間架設兩排柱距1m 鉸接梁單體液壓支柱。加強支護超前工作面35m，滯后工作面60m。柱腿下面穿（Φ280mm）鐵鞋，回撤時用2KW的局扇供風。當采動穩(wěn)定三、四個月后，對所留巷道清掃落底進行兩次修復以達到設計要求。
　　2.3.4 巷旁支護的作用機理
　?。?）巷旁支護體應具有早期強度高、增阻速度快的力學特性，緊隨工作面構筑，及時支護直接頂，控制巷道圍巖變形，與巷內支護共同作用，確保巷道內直接頂不破碎、避免與上部基本頂離層，并切斷采空區(qū)側的直接頂，減小巷旁支護體所承受的載荷。支護體切落頂板巖層需要的支護阻力決定于巷道圍巖條件、基本頂厚度及抗拉強度、直接頂厚度、沿空留巷參數(shù)、工作面采高以及煤層傾角、開采深度、巷道支護等。 　?。?）回采面的推進，必然引起基本頂破斷、失穩(wěn)、劇烈沉降，在基本頂破斷時巷旁支護體的支護阻力應達到切頂阻力，切斷采空區(qū)側基頂，減小巷旁支護體載荷。垮落的矸石由于破碎后體積增大，當充填滿采空區(qū)時，更上位巖層在矸石及煤體的支撐作用下，取得運動的平衡，巷道圍巖變形趨于緩和并穩(wěn)定下來，所以采高、矸石的碎漲系數(shù)決定巷旁支護體的切頂高度；另外，巷旁支護體應具有一定的可縮量，對上位巖層在取得平衡之前的急劇沉降有較好的適應性。
　?。?）巷道圍巖運動穩(wěn)定后，巷旁支護體具有的支護阻力為后期支護阻力，其大小應能夠維持巷道上方已切斷巖層的平衡，同時將巷道頂板下沉量控制在設計范圍內，一般后期支護阻力小于切頂阻力。
　　3 經(jīng)濟效益分析
　　對沿空留巷和掘巷經(jīng)濟效益進行分析對比，留巷支護材料費用為709.3元/m ，而掘巷采用錨桿支護，支護材料費用為1150元/m。留巷每米節(jié)約支護費用440.75元/m ，節(jié)約率為62% 。所以沿空留巷和掘巷相比，具有顯著的經(jīng)濟效益。
　　5 結論
　　沿空留巷從空間上使巷道處于開采后應力重新分布的低應力區(qū)，但從時間上無法避免采動支承應力重新分布過程中的劇烈作用，巷道需要經(jīng)受兩次采動影響，礦壓顯現(xiàn)強烈，巷道維護難度大。但沿空留巷具有煤炭回收率高、回采工作面銜接合理、巷道掘進率低、掘進排矸少的優(yōu)點，尤其是煤巷掘進速度僅為80～100m/月的煤與瓦斯突出煤層，采用沿空留巷可以解決采掘接替緊張難題、為區(qū)域性瓦斯治理提供場地、節(jié)省了時間。因而，沿空留巷一直是煤炭開采技術的重要發(fā)展方向。
　　困難條件下煤巷錨桿支護沿空留巷巷內采用注漿錨桿和注漿錨索補強，巷旁采用木垛和密集柱加強支護方式，能夠控制圍巖的變形，保持巷道穩(wěn)定性，待采動壓力穩(wěn)定后清底維修，使巷道斷面滿足最小使用斷面要求，取得良好的經(jīng)濟效益，具有推廣應用價值。