沿空留巷錨桿支護(hù)技術(shù)

    龍煤鶴崗分公司南山煤礦，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為300萬(wàn)t/a。盆底北翼區(qū)15層三分段工作面回采工藝為高檔機(jī)采，上下巷道為錨桿支護(hù)。3305隊(duì)工作面推進(jìn)速度比較快，要求備用工作面3305隊(duì)必須在工作面結(jié)束前3～5月準(zhǔn)備完成。而準(zhǔn)備工作面在突出煤層中掘進(jìn)速度僅為30～40m/月，不能按期掘出，造成采掘失調(diào)。為扭轉(zhuǎn)這一被動(dòng)局面，在研究國(guó)內(nèi)外錨桿支護(hù)沿空留巷現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，針對(duì)南山煤礦的生產(chǎn)實(shí)際，確定采用沿空留巷技術(shù)，以解決采掘失調(diào)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(zhǎng)680m，煤厚4.4～6.2m，平均4.98m ，煤層傾角13～17°，平均15。煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(zhì)泥巖；老頂厚2.90m ，為細(xì)砂巖；直接底厚6.89m，為砂質(zhì)泥巖；老底厚2.6m，為粉砂巖。
　　2 沿空留巷支護(hù)設(shè)計(jì)
　　2.1 圍巖支護(hù)載荷計(jì)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(jì)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(lái)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(kāi)采厚度成正比關(guān)系，頂板壓力相當(dāng)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(qiáng)度最大為0.5MPa。
　　2.2 留巷方案優(yōu)化
　　根據(jù)計(jì)算，下風(fēng)巷頂板載荷強(qiáng)度最大為0.5MPa。而目前錨網(wǎng)梁高強(qiáng)度錨桿支護(hù)系統(tǒng)，支護(hù)強(qiáng)度僅有0.2～0.3MPa（測(cè)試計(jì)算）；兩幫錨網(wǎng)梁端錨支護(hù)系統(tǒng)，支護(hù)強(qiáng)度僅0.1～0.15MPa，均滿足不了回采動(dòng)壓要求。而工字鋼支護(hù)強(qiáng)度很低，僅為0.02MPa，根本滿足不了支護(hù)強(qiáng)度要求。所以只有靠提高圍巖自身強(qiáng)度，將頂板支護(hù)強(qiáng)度提高到0.4MPa 以上，兩幫支護(hù)強(qiáng)度提高到0.3MPa以上，采動(dòng)影響實(shí)施臨時(shí)加強(qiáng)支護(hù)，使支架圍巖形成結(jié)構(gòu)體滿足圍巖載荷要求。經(jīng)分析論證，確定采用巷內(nèi)組合錨桿加強(qiáng)支護(hù)和巷旁聯(lián)合支護(hù)無(wú)煤柱開(kāi)采沿空留巷，對(duì)所留巷道待采動(dòng)穩(wěn)定后進(jìn)行適當(dāng)清掃落底，滿足最小使用尺寸要求。
　　2.3 沿空留巷技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)
　　2.3.1 巷內(nèi)支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)
　　（1） 巷道頂板支護(hù)
　　巷道頂板補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)型式為注漿錨索+噴漿。參數(shù)為：注漿錨索長(zhǎng)度7 m，沿?cái)嗝鎯A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(lái)，梁長(zhǎng)2.8m ，沿橫筋鉆錨孔布置。錨索安裝時(shí)先用樹(shù)脂錨固， 每孔3 卷，CK600型1卷，Z600型2卷。自由段用水泥漿注實(shí)。漿液用600#水泥摻速凝早強(qiáng)劑。噴層起膠結(jié)增強(qiáng)提高整體強(qiáng)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(yīng)超前回采工作面200m以上。
　?。?） 下幫支護(hù)
　　巷道下幫補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)型式為注漿錨桿+噴漿。沿空留巷時(shí)，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(diǎn)，所以沿空巷道煤幫會(huì)嚴(yán)重破裂，并向巷道空間方向擠出，這不僅導(dǎo)致煤幫強(qiáng)烈位移，而且懸梁的回轉(zhuǎn)角增加，引起巷道頂板急劇沉降。因此，制止煤幫強(qiáng)烈位移是控制整個(gè)巷道強(qiáng)烈變形的關(guān)鍵。采用注漿錨桿和噴層對(duì)松軟煤幫進(jìn)行控制。參數(shù)：注漿錨桿長(zhǎng)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(yīng)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(qiáng)劑，防析水劑等助劑，速凝劑為水玻璃漿液。
　　2.3.2 巷旁支護(hù)
　　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(nèi)充填矸石，木垛之間距離為4m。木垛間緊靠巷道側(cè)用密集木支柱加金屬鋼梁垂直頂板支承，外側(cè)備木板或擋矸簾，用水泥或黃泥密封?？坎煽諈^(qū)側(cè)和木垛平行沿切頂線架設(shè)一梁二柱抬棚，梁長(zhǎng)為2m。為防止支柱鉆底，在木柱下墊300×300mm料石塊。巷側(cè)用黃泥或水泥噴層密封。
　　2.3.3 巷內(nèi)臨時(shí)加強(qiáng)支護(hù)
　　為控制老頂來(lái)壓對(duì)巷道產(chǎn)生動(dòng)壓破壞作用，沿巷道走向中間架設(shè)兩排柱距1m 鉸接梁?jiǎn)误w液壓支柱。加強(qiáng)支護(hù)超前工作面35m，滯后工作面60m。柱腿下面穿（Φ280mm）鐵鞋，回撤時(shí)用2KW的局扇供風(fēng)。當(dāng)采動(dòng)穩(wěn)定三、四個(gè)月后，對(duì)所留巷道清掃落底進(jìn)行兩次修復(fù)以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
　　2.3.4 巷旁支護(hù)的作用機(jī)理
　?。?）巷旁支護(hù)體應(yīng)具有早期強(qiáng)度高、增阻速度快的力學(xué)特性，緊隨工作面構(gòu)筑，及時(shí)支護(hù)直接頂，控制巷道圍巖變形，與巷內(nèi)支護(hù)共同作用，確保巷道內(nèi)直接頂不破碎、避免與上部基本頂離層，并切斷采空區(qū)側(cè)的直接頂，減小巷旁支護(hù)體所承受的載荷。支護(hù)體切落頂板巖層需要的支護(hù)阻力決定于巷道圍巖條件、基本頂厚度及抗拉強(qiáng)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(kāi)采深度、巷道支護(hù)等。 　　（2）回采面的推進(jìn)，必然引起基本頂破斷、失穩(wěn)、劇烈沉降，在基本頂破斷時(shí)巷旁支護(hù)體的支護(hù)阻力應(yīng)達(dá)到切頂阻力，切斷采空區(qū)側(cè)基頂，減小巷旁支護(hù)體載荷。垮落的矸石由于破碎后體積增大，當(dāng)充填滿采空區(qū)時(shí)，更上位巖層在矸石及煤體的支撐作用下，取得運(yùn)動(dòng)的平衡，巷道圍巖變形趨于緩和并穩(wěn)定下來(lái)，所以采高、矸石的碎漲系數(shù)決定巷旁支護(hù)體的切頂高度；另外，巷旁支護(hù)體應(yīng)具有一定的可縮量，對(duì)上位巖層在取得平衡之前的急劇沉降有較好的適應(yīng)性。
　?。?）巷道圍巖運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定后，巷旁支護(hù)體具有的支護(hù)阻力為后期支護(hù)阻力，其大小應(yīng)能夠維持巷道上方已切斷巖層的平衡，同時(shí)將巷道頂板下沉量控制在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，一般后期支護(hù)阻力小于切頂阻力。
　　3 經(jīng)濟(jì)效益分析
　　對(duì)沿空留巷和掘巷經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行分析對(duì)比，留巷支護(hù)材料費(fèi)用為709.3元/m ，而掘巷采用錨桿支護(hù)，支護(hù)材料費(fèi)用為1150元/m。留巷每米節(jié)約支護(hù)費(fèi)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(jì)效益。
　　5 結(jié)論
　　沿空留巷從空間上使巷道處于開(kāi)采后應(yīng)力重新分布的低應(yīng)力區(qū)，但從時(shí)間上無(wú)法避免采動(dòng)支承應(yīng)力重新分布過(guò)程中的劇烈作用，巷道需要經(jīng)受兩次采動(dòng)影響，礦壓顯現(xiàn)強(qiáng)烈，巷道維護(hù)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(jìn)率低、掘進(jìn)排矸少的優(yōu)點(diǎn)，尤其是煤巷掘進(jìn)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(chǎng)地、節(jié)省了時(shí)間。因而，沿空留巷一直是煤炭開(kāi)采技術(shù)的重要發(fā)展方向。
　　困難條件下煤巷錨桿支護(hù)沿空留巷巷內(nèi)采用注漿錨桿和注漿錨索補(bǔ)強(qiáng)，巷旁采用木垛和密集柱加強(qiáng)支護(hù)方式，能夠控制圍巖的變形，保持巷道穩(wěn)定性，待采動(dòng)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(jì)效益，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。