贺西煤矿柔膜混凝土充填沿空留巷支护技术应用.pdf

162023 年第 8 期收稿日期 2022-06-04作者简介 李争杰（1996），男，山西阳泉人，2020 年毕业于山西能源学院采矿工程专业，本科，助理工程师，现从事采掘技术员工作。贺西煤矿柔膜混凝土充填沿空留巷支护技术应用李争杰1 王亚非2（1.华阳集团新景公司，山西 阳泉 045000；2.山西汾西矿业集团贺西煤矿，山西 吕梁 033300）摘 要 贺西煤矿为提高煤炭回收率、降低巷道开掘成本，以 3412 工作面运输巷为工程背景，提出了柔膜混凝土充填沿空留巷方案，开发了柔膜混凝土充填沿空留巷支护技术，对 3412 工作面运输巷顶板和回采侧巷帮采用高预应力锚（网）索加强支护，采空区侧巷旁采用柔膜混凝土充填墙体+预留高强锚栓加强支护，巷内采用高阻力单体支柱进行临时加强支护。技术应用后，实现了 3412 工作面运输巷留巷围岩的稳定控制。关键词 采煤；沿空；留巷；支护中图分类号 TD353 文献标识码 B doi:10.3969/j.issn.1005-2801.2023.08.006Application of Flexible Membrane Concrete Filling and Retaining Roadway Along Goaf Support Technology in Hexi Coal MineLi Zhengjie1 Wang Yafei2(1.Huayang Group Xinjing Company,Shanxi Yangquan 045000;2.Shanxi Fenxi Mining Industry Group Hexi Coal Mine,Shanxi Lliang 033300)Abstract:In order to improve coal recovery rate and reduce roadway excavation costs,Hexi Coal Mine proposed a flexible membrane concrete filling and retaining roadway along goaf scheme based on the transportation roadway of the 3412 working face as the engineering background.The flexible membrane concrete filling and retaining roadway along goaf support technology is developed.High prestressed anchor(mesh)cables are used to strengthen the support for the roof of the transportation roadway and the mining side roadway of the 3412 working face.Beside the side roadway of the goaf,flexible membrane concrete filling wall+reserved high-strength anchor bolt reinforcement support is adopted,high resistance individual pillars are used in the roadway for temporary reinforcement support.After the application of the technology,stable control of the surrounding rock of the transportation roadway in the 3412 working face is achieved.Key words:coal mining;along goaf;retain roadway;support李争杰等：贺西煤矿柔膜混凝土充填沿空留巷支护技术应用沿空留巷具有降低掘巷成本、提高煤炭回收率的优点。沿空留巷一侧为上邻近工作面采空区，一般采用高水材料或柔膜混凝土充填的方式进行支护1-5。贺西煤矿目前开采三采区，计划采用柔膜混凝土充填沿空留巷技术。1 工程背景3412 工作面位于三采区东翼中部，开采山西组4#煤层，起于三采 4#皮带巷，东止于 4#煤层不可采区域，南侧为未开掘的 4#实体煤（设计 3414 工作面），北侧为 3410 工作面（已回采完毕）。工作面底板标高+602+663 m，埋深 311.1522.5 m。4#煤层结构复杂，内生裂隙发育，煤厚 1.483.5 m，含有夹矸13层，其中一层较稳定，厚度0.10.5 m。煤层直接顶为细粒砂岩，平均厚度 9.14 m；伪顶为黑色泥岩，平均厚度1.81 m；直接底为黑色泥岩，平均厚度9.84 m；基本底为中粒砂岩，平均厚度5.66 m。计划将 3412 工作面运输巷采用柔膜混凝土充填沿空留巷技术保留下来，用作 3414 工作面回风巷，3412 工作面运输巷掘进断面为矩形，掘进宽度 5.0 m，掘进高度 2.7 m。172023 年第 8 期李争杰等：贺西煤矿柔膜混凝土充填沿空留巷支护技术应用2 柔膜混凝土充填沿空留巷支护技术2.1 柔膜混凝土充填沿空留巷支护要点基于 3412 工作面生产地质条件和现场工程经验，提出3412工作面运输巷沿空留巷支护对策要点：1）采用高预应力锚（网）索对顶板进行加强支护，提高巷道及充填墙体顶板结构的强度和稳定性，改善顶板剪应力状态；2）采用高强度柔膜混凝土浇筑墙体，配套高强锚栓对墙体进行加固，提高采空区侧巷旁墙体的抗变形能力；3）采用高预应力锚（网）索对回采侧巷帮煤体进行加强支护，促使巷帮煤体形成有效的锚固结构；4）采用高阻力单体支柱对巷道进行临时支护，顶底板分别配套道木、底梁，形成顶底板互控结构。2.2 柔膜混凝土充填沿空留巷支护技术1）顶板支护采用高预应力锚（网）索加强支护，锚杆为直径 20 mm、长度 2.2 m 的高强锚杆，间排距为800/900900 mm，每排布置 6 根，锚杆预紧力 100 kN，每根锚杆配套 1 支 MSK2335、1 支 MSZ2355型号的树脂锚固剂，锚杆采用直径 14 mm、长度4.5 m 的钢筋圈梁成排连接；锚索为直径 17.8 mm、长度 6.3 m 的高强锚索，间排距为 900 mm900 mm，每排布置 4 根，预紧力 200 kN，每根锚索配套1支MSK2335、2支MSZ2355型号的树脂锚固剂。2）采空区侧巷旁支护采空区侧巷旁采用柔膜混凝土充填墙体+预留高强锚栓加强支护，柔模混凝土墙体规格 3000 mm1700 mm2700 mm，混凝土水灰比 3:5，混凝土充填时应保证墙体接顶。柔模混凝土墙体采用直径22 mm、长度1.8 m的高强锚栓进行加强支护，两侧配套双螺帽及平托盘进行紧固。3）回采侧巷帮支护回采侧巷帮采用高预应力锚（网）索加强支护，锚杆为直径 16 mm、长度 1.8 m 的预应力锚杆，间排距为 800 mm900 mm，每排布置 3 根，预紧力 70 kN，每根锚杆配套 1 支 MSZ2355 型号的树脂锚固剂，锚杆采用直径 14 mm、长度 1.8 m的钢筋圈梁成排连接；锚索为直径 17.8 mm、长度6.3 m 的高强锚索，间排距为 900 mm900 mm，每排布置 2 根，预紧力 180 kN，每根锚索配套 1 支MSK2335、2 支 MSZ2355 型号的树脂锚固剂。4）巷道临时支护留巷内采用单体支柱进行临时加强支护，单体支柱规格为 DW-28，每排布置 2 根，间距 1.0 m、柱距 2.0 m，顶底分别配套道木、底梁，道木规格为长度 1.2 m、宽度 200 mm、高度 120 mm，底梁规格为长度 2.0 m、宽度 200 mm、高度 180 mm。3412 工作面运输巷留巷支护，如图 1。图 1 3412 工作面运输巷留巷支护图（mm）3 沿空留巷支护效果3412 工作面运输巷留巷时围岩变形如图 2。如图 2 所示，3412 工作面运输巷留巷受工作面采动影响，巷道围岩出现一定的变形。在距 3412工作面 100 m 范围外，巷道围岩变形逐渐稳定，在柔膜混凝土墙体侧顶底板出现较大变形，最大移近量 521 mm（其中底鼓量约 320 mm），巷道中心位置顶底板最大移近量 481 mm，实体煤侧巷道顶底板变形相对最小，最大移近量 432 mm，巷道两帮最大移近量约 174 mm。巷道整体呈非对称变形，留巷后 3412 工作面运输巷有效断面面积与设计面积的比值为86.7%，可满足3414工作面通风等要求。根据现场调查情况，留巷区域未发现锚杆（索）破断、柔膜混凝土墙体开裂等变形破坏现象，3412 工作面运输巷支护结构和围岩完整性较好，表明了柔膜混凝土充填沿空留巷支护技术的合理性。图 2 3412 工作面运输巷留巷时期围岩变形情况4 结论贺西煤矿为提高煤炭回收率、降低巷道开掘成本，基于 3412 工作面运输巷生产地质条件，提出（下转第 21 页）212023 年第 8 期李海鹏：近断层煤层巷道的差异化支护技术研究与应用 （a）区段 （b）区段图 6 矿压监测结果5 结论与建议南沟煤业 20203 运输顺槽紧邻 F60 断层，为保障巷道围岩稳定性，通过数值模拟、矿压监测等方法，研究确定合理断层保护煤柱宽度为 20 m。基于不同断层保护煤柱条件下巷道围岩破坏特征，将巷道分为、区段（煤柱 20 m），、区段（煤柱 20 m），、区段采用高强锚网索+底角控让耦合支护，、区段采用非对称、断层侧煤帮补强支护。数值模拟研究表明所设计的支护方案具有可行性。工程应用期间通过矿压监测表明，巷道围岩整体稳定性良好，能够满足工作面安全生产的服务需求。【参考文献】1 谭文兵，冯钰炜，杜侠飞，等.近断层深部巷道变形破坏分析及支护研究 J.有色金属(矿山部分)，2022，74（02）：46-52.2 冯兴隆，李争荣，者亚雷，等.断层穿过巷道固帮控底稳顶支护 J.中国矿山工程，2022，51（01）：28-32.3 许向东.掘进工作面过断层运输与回风巷道支护及效果分析 J.科技和产业，2021，21（04）：310-313.4 宋伟.过大断层破碎带时巷道支护方式探析 J.矿业装备，2021（01）：14-15.逐渐增大，预计原支护方案无法保证巷道安全顺利通过断层及其后期使用期间的长久稳定。2）结合松动圈理论对北翼轨道大巷过断层期间支护方案进行优化设计，锚杆长度优化为 2.6 m，布置排间距 0.8 m，并设计采用 U 型钢架补强支护技术。数值模拟研究表明，优化方案条件下围岩塑性区分布范围和深度相较于原方案减小 50%，方案具有可行性。3）北翼轨道大巷采用短掘、短支快速穿越断层构造带，矿压监测结果表明，巷道表面变形微小，巷道安全稳定性良好，保障了掘进工作面安全快速通过断层区域和后期使用期间围岩的长期稳定。【参考文献】1 王鑫勇.松软煤层大巷过断层支护技术研究 J.山东煤炭科技，2021，39（08）：92-93+96+108.2 陈鹏，高瑞荣.运输大巷过断层施工技术实践 J.煤炭技术，2021，40（08）：52-54.3 张建超，曹其嘉.上湾煤矿运输大巷过断层围岩变形破坏特征研究J.陕西煤炭，2020，39（05）：25-29.4 张连伟.东欢坨矿南翼运输大巷过断层构造带施工技术 J.煤炭工程，2020，52（06）：76-80.（上接第 15 页）（上接第 17 页）了柔膜混凝土充填沿空留巷支护方案，开发了柔膜混凝土充填沿空留巷支护技术，留巷后支护结构和围岩完整性较好，适应安全生产的需求。【参考文献】1 贺淼鑫，赵利安.中厚煤层切顶卸压沿空留巷参数设计与实践 J.中国矿业，2022，31（03）：88-96.2 宋江涛.慈林山煤矿高水材料巷旁充填沿空留巷技术研究 J.山西煤炭，2022，42（01）：68-75.3 刘志轩.沿空留巷“卸压+柔模支护”控制技术的应用 J.山东煤炭科技，2022，40（02）：36-38.4 陈勇，孟宁康，杨玉贵，等.沿空留巷巷旁充填体稳定性控制技术研究 J.煤炭科学技术，2019，47（09）：273-278.5 朱登兴，郑西贵，郭玉，等.沿空留巷巷旁墙体稳定性关键影响因素模拟 J.煤矿安全，2019，50（01）：196-199.