龙煤鹤岗分公司南山煤矿，设计生产能力为300万t/a。盆底北翼区15层三分段工作面回采工艺为高档机采，上下巷道为锚杆支护。3305队工作面推进速度比较快，要求备用工作面3305队必须在工作面结束前3～5月准备完成。而准备工作面在突出煤层中掘进速度仅为30～40m/月，不能按期掘出，造成采掘失调。为扭转这一被动局面，在研究国内外锚杆支护沿空留巷现有技术的基础上，针对南山煤矿的生产实际，确定采用沿空留巷技术，以解决采掘失调之难题。

 

　　盆底北翼区15层三分段位于盆底区中部，垂深428.3～444.8m，走向长680m，煤厚4.4～6.2m，平均4.98m，煤层倾角13～17°，平均15。煤层结构简单，中上部煤层较硬，f=0.7～1.02，靠近底部有0.5～0.8m厚软煤，f=0.2左右，煤顶下1～4m有夹矸1～3层，不连续，厚0.05～0.1m。煤层顶板直接顶厚23.96m，为砂质泥岩；老顶厚2.90m，为细砂岩；直接底厚6.89m，为砂质泥岩；老底厚2.6m，为粉砂岩。

 

　　2沿空留巷支护设计

 

　　2.1围岩支护载荷计算

 

　　留巷巷道顶板载荷由直接顶垮落带悬岩重量与老顶裂隙岩梁的附加载荷组成。根据数值模拟分析，工程类比和理论计算，顶板载荷为直接顶载荷与老顶载荷之和，直接顶载荷为其本身的重量，老顶的载荷以直接顶载荷的倍数来估算，则顶板载荷可按如下公式估算确定。

 

　　Q=（4～8）Mγ

 

　　式中Q—顶板载荷集度；M—采高，m；

 

　　γ—顶板岩石容重，KN/m3。

 

　　即沿空巷道的载荷与开采厚度成正比关系，顶板压力相当于采高的4～8倍岩柱重量。取M=2.5m，γ=2500KN/m3，则Q=（0.25～0.5）MPa沿空留巷顶板悬梁载荷强度最大为0.5MPa。

 

　　2.2留巷方案优化

 

　　根据计算，下风巷顶板载荷强度最大为0.5MPa。而目前锚网梁高强度锚杆支护系统，支护强度仅有0.2～0.3MPa（测试计算）；两帮锚网梁端锚支护系统，支护强度仅0.1～0.15MPa，均满足不了回采动压要求。而工字钢支护强度很低，仅为0.02MPa，根本满足不了支护强度要求。所以只有靠提高围岩自身强度，将顶板支护强度提高到0.4MPa以上，两帮支护强度提高到0.3MPa以上，采动影响实施临时加强支护，使支架围岩形成结构体满足围岩载荷要求。经分析论证，确定采用巷内组合锚杆加强支护和巷旁联合支护无煤柱开采沿空留巷，对所留巷道待采动稳定后进行适当清扫落底，满足最小使用尺寸要求。

 

　　2.3沿空留巷技术参数设计

 

　　2.3.1巷内支护参数设计

 

　　（1）巷道顶板支护

 

　　巷道顶板补强支护型式为注浆锚索+喷浆。参数为：注浆锚索长度7m，沿断面倾斜布置2根，锚索间距2.2m，排距为3.2m。即每隔一排锚杆布置一排锚索，每排锚索间用11#工字钢梁连接起来，梁长2.8m，沿横筋钻锚孔布置。锚索安装时先用树脂锚固，每孔3卷，CK600型1卷，Z600型2卷。自由段用水泥浆注实。浆液用600#水泥掺速凝早强剂。喷层起胶结增强提高整体强度作用，厚度以覆盖网和钢筋梯为原则，喷浆顺序在注浆锚索施工前20m。为超前加固不影响工作面生产，注浆锚索和喷层工序应超前回采工作面200m以上。

 

　　（2）下帮支护

 

　　巷道下帮补强支护型式为注浆锚杆+喷浆。沿空留巷时，巷帮不仅承受很大的支承压力，且为已采区悬岩的支承点，所以沿空巷道煤帮会严重破裂，并向巷道空间方向挤出，这不仅导致煤帮强烈位移，而且悬梁的回转角增加，引起巷道顶板急剧沉降。因此，制止煤帮强烈位移是控制整个巷道强烈变形的关键。采用注浆锚杆和喷层对松软煤帮进行控制。参数：注浆锚杆长2.4m，每排2根，间距1m，排距0.8m。喷层以覆盖网和钢筋梯为原则，其注浆锚杆和喷层应超前工作面150m以上。注浆材料以双液注浆材料为主，水泥浆中掺入速凝早强剂，防析水剂等助剂，速凝剂为水玻璃浆液。

 

　　2.3.2巷旁支护

 

　　在上帮巷道轮廓线以外，倾向1.2m，走向1.5m，用坑木砌筑木垛并接顶，木垛内充填矸石，木垛之间距离为4m。木垛间紧靠巷道侧用密集木支柱加金属钢梁垂直顶板支承，外侧备木板或挡矸帘，用水泥或黄泥密封。靠采空区侧和木垛平行沿切顶线架设一梁二柱抬棚，梁长为2m。为防止支柱钻底，在木柱下垫300×300mm料石块。巷侧用黄泥或水泥喷层密封。

 

　　2.3.3巷内临时加强支护

 

　　为控制老顶来压对巷道产生动压破坏作用，沿巷道走向中间架设两排柱距1m铰接梁单体液压支柱。加强支护超前工作面35m，滞后工作面60m。柱腿下面穿（Φ280mm）铁鞋，回撤时用2KW的局扇供风。当采动稳定三、四个月后，对所留巷道清扫落底进行两次修复以达到设计要求。

 

　　2.3.4巷旁支护的作用机理

 

　　（1）巷旁支护体应具有早期强度高、增阻速度快的力学特性，紧随工作面构筑，及时支护直接顶，控制巷道围岩变形，与巷内支护共同作用，确保巷道内直接顶不破碎、避免与上部基本顶离层，并切断采空区侧的直接顶，减小巷旁支护体所承受的载荷。支护体切落顶板岩层需要的支护阻力决定于巷道围岩条件、基本顶厚度及抗拉强度、直接顶厚度、沿空留巷参数、工作面采高以及煤层倾角、开采深度、巷道支护等。

 

　　（2）回采面的推进，必然引起基本顶破断、失稳、剧烈沉降，在基本顶破断时巷旁支护体的支护阻力应达到切顶阻力，切断采空区侧基顶，减小巷旁支护体载荷。垮落的矸石由于破碎后体积增大，当充填满采空区时，更上位岩层在矸石及煤体的支撑作用下，取得运动的平衡，巷道围岩变形趋于缓和并稳定下来，所以采高、矸石的碎涨系数决定巷旁支护体的切顶高度；另外，巷旁支护体应具有一定的可缩量，对上位岩层在取得平衡之前的急剧沉降有较好的适应性。

 

　　（3）巷道围岩运动稳定后，巷旁支护体具有的支护阻力为后期支护阻力，其大小应能够维持巷道上方已切断岩层的平衡，同时将巷道顶板下沉量控制在设计范围内，一般后期支护阻力小于切顶阻力。

 

　　3经济效益分析

 

　　对沿空留巷和掘巷经济效益进行分析对比，留巷支护材料费用为709.3元/m，而掘巷采用锚杆支护，支护材料费用为1150元/m。留巷每米节约支护费用440.75元/m，节约率为62%。所以沿空留巷和掘巷相比，具有显著的经济效益。

 

 

　　沿空留巷从空间上使巷道处于开采后应力重新分布的低应力区，但从时间上无法避免采动支承应力重新分布过程中的剧烈作用，巷道需要经受两次采动影响，矿压显现强烈，巷道维护难度大。但沿空留巷具有煤炭回收率高、回采工作面衔接合理、巷道掘进率低、掘进排矸少的优点，尤其是煤巷掘进速度仅为80～100m/月的煤与瓦斯突出煤层，采用沿空留巷可以解决采掘接替紧张难题、为区域性瓦斯治理提供场地、节省了时间。因而，沿空留巷一直是煤炭开采技术的重要发展方向。

 

　　困难条件下煤巷锚杆支护沿空留巷巷内采用注浆锚杆和注浆锚索补强，巷旁采用木垛和密集柱加强支护方式，能够控制围岩的变形，保持巷道稳定性，待采动压力稳定后清底维修，使巷道断面满足最小使用断面要求，取得良好的经济效益，具有推广应用价值。