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沿空留巷高强度锚杆支护技术张文志【淮北矿业集团岱河煤矿，安徽淮北235038】摘要介绍了沿空留巷的围岩控制机理，总结了沿空留巷的施工工艺及安全技术措施，为类似工程条件的沿空留巷提供科学依据。关键词围岩控制沿空留巷高强度锚杆淮北矿业集团岱河煤矿年生产能力150万t，有Ⅲ1、Ⅲ2、Ⅲ2扩、Ⅱ8、Ⅱ10五个采区，主采三、四、五三个煤层。由于受掘进机械化程度低、高瓦斯、煤质等诸多因素的影响，Ⅲ2扩主采采区接替十分困难。为缓解此矛盾，缩短Ⅲ3216工作面准备时间，决定对Ⅲ3216工作面上区段Ⅲ3215工作面机巷实行沿空留巷。1工程概况Ⅲ3215工作面位于Ⅲ2扩采区北翼，埋深-364m～-392m，走向长500m，倾斜长140m。三煤厚1.5～2.0m，平均1.8m，煤层倾角0.5～12.8°，平均2°。煤层赋存结构简单，抗压强度为4.4MPa，抗拉强度为0.13MPa。煤层直接顶为5.5m厚砂质泥岩，局部为细砂岩，老顶为3.5m厚中细粒砂岩，直接底为厚度0.2～2m的灰黑色砂质泥岩或泥岩，老底为1.7～2.5m的四煤。Ⅲ3215工作面瓦斯较高，煤尘具在爆炸危险性，煤无自燃倾向。工作面回采前，已提前施工回风尾巷，以利于留巷期间的通风和维护工作。2沿空留巷围岩控制机理根据岩层控制的关键层理论，对沿空留巷来说关键层主要指老顶岩层，它破断后形成的“砌体梁”结构将直接影响沿空留巷的稳定性。巷旁支护必须具有一定的可缩量，以减少对支架的压力。为了保持巷道顶板的完整和减小顶板的下沉量，又要求巷旁支护具有一定的支护阻力。关键层在从破断到“砌体梁”平衡结构形成过程中，关键块的回转与下沉使沿空留巷煤帮作为“砌体梁”的一个支撑点，承受较为集中的支承压力。这将导致煤帮产生严重破裂变形，随着关键块回转角的增加，巷道顶板急剧下沉。直接顶的变形特征对锚杆支护特别重要，锚杆不必承受老顶回转的给定变形，却要适应直接顶的变形特征。巷旁支护上方顶板在工作面前方超前支撑压力的作用下已比较破碎，其刚度和强度都比较低。如果巷旁支护前顶板已严重变形，则高强度锚杆支护不能将支撑阻力传递给顶板岩层导致关键层回转下沉量加大，造成巷道顶板和煤帮严重变形。由此可见，控制煤帮位移和巷旁支护上方顶板完整性乃是控制沿空留巷巷道围岩大变形和沿空留巷成功的关键。沿空留巷围岩结构模型如图1所示。图1沿空留巷围岩结构模型3沿空留巷支护设计经过理论计算，Ⅲ3215机巷锚网支护布置见图2。图2Ⅲ3215机巷锚网支护布置图3.1顶板支护顶板采用高强度螺纹钢锚杆，其直径为20mm、长2000mm，间排距800×900（mm）。配梯形钢梁及金属网。顶板补强支护形式为每3排锚杆安设1排锚索。锚索长6.5m，每排2根，排距2.7m。锚索配0.9m长14﹟槽钢带。顶板均要求用直径27mm的双翼钻头钻锚杆孔，直径为28mm。每根锚杆用1卷Z2535型和1卷Z2550型树脂锚固剂卷加长锚固。锚索用1卷Z2535型和3卷Z2550型树脂锚固剂卷加长锚固。3.2两帮支护两帮采用高强度螺纹钢锚杆，其直径为18mm、长2000mm，间排距600×900（mm）。配梯形钢梁和金属网。由于两帮煤层松软，每根锚杆用2卷Z2550型树脂锚固剂卷加长锚固，以保证其锚固力。两帮最上部锚杆以15°仰角布置，最下部锚杆以15°俯角布置（有利于防止底臌），其余锚杆水平布置。4沿空留巷施工工艺为控制回采时工作面超前压力和老顶来压对巷道围岩产生破坏作用，同时确保安全和留巷的成功，按以下工艺施工：（1）超前工作面10m范围内架设“一梁三柱”双排走向挑棚（距下帮1.3m、2.3m），10～40m范围架设“一梁三柱”单排走向挑棚（距下帮2.3m）。支柱用单体液压支柱，支柱要穿鞋，初撑力不低于50kN。梁用2.2m长的11#矿用工字钢。（2）滞后工作面60m范围内在老塘侧距机巷下帮3.2m处沿走向每隔450mm架设一根2.2m长的工字钢点柱，顶端要用木楔揳紧，下部穿一块200×300×150(mm)的木鞋。（3）架设好点柱后，在机巷下帮距点柱顶端100mm处沿走向架设“一梁三柱”走向挑棚。（4）贴工字钢点柱底脚沿走向砌1.0m矸石带，矸石带与工字钢点柱间用1100×2000(mm)注塑网背帮。每棚点柱沿走向在注塑网上自上往下均匀用细铁丝系8～10根塘材。（5）砌矸石带用塑料编织袋装矸石或碎煤，编织袋要顺序压茬，最下一行要贴工字钢点柱底脚摆放。砌至顶板时，要用碎煤或板皮与顶板填实,严禁留空隙。沿空留巷施工方案如图3所示。图3沿空留巷施工方案图5巷道监测在沿空留巷期间，巷道观测围岩表面位移共布置三个观测点，间距为30m，采用双十字布点法。观测结果表明，巷道围岩变形一般在工作面推进52～66m后、40～50天趋于稳定。顶板下沉量最大110m，两帮移近量400～650mm，底臌量420～450m。巷道经卧底刷帮后，能够满足作为下一阶段风巷使用的安全技术要求。6经济效益分析如果不采用沿空留巷，掘巷采用锚杆支护，巷道长500m,按每m2000元计算,掘进成本为100万元。采用沿空留巷则支护费用、人工费、维护费等共31.5万元，直接经济效益69.5万元。采用掘巷施工还延长工期，影响采区接替。如果影响采区接替1个月，少出煤3万t，间接经济损失1050万元。所以沿空留巷产生的综合经济效益是非常可观的。7结论沿空留巷采用高强锚杆和锚索支护，回采时采用矸石带和密集点柱加强支护，能够有效控制巷道围岩的变形。巷道经卧底刷帮后，能够满足使用要求，并取得了良好的经济效益。参考文献[1]钱鸣高,石五平.矿山压力与岩层控制[M].徐州,中国矿大出版社,2003.11.[2]安徽理工大学.锚杆(索)支护巷道沿空留巷技术研究报告[R].淮南,安徽理工大学,2004.6.作者简介张文志男，1972年出生，山东矿业学院土木工程系矿建专业毕业。现在安徽省淮北市岱河矿技术科工作，工程师。（收稿日期：2005-09-02；责任编辑：胡林）