摘要：针对急倾斜中厚煤层沿空留巷的问题，探讨了不同支护条件下巷道的稳定性，研究了巷道的变形情况，研究成果对急倾斜沿空留巷具有一定的指导意义。
煤炭资源作为我国的主要能源之一，已经走过了长时间的发展过程。随着煤炭行业的发展，地质构造简单煤层的储量已越来越少，而地质构造复杂煤层的开采已势在必行，其中急倾斜中厚煤层便是其中之一。此外，传统的护巷技术即留设宽煤柱的护巷方法，具有开采率低下和掘进率高的缺陷，为提高煤矿的经济效益，沿空留巷技术逐渐被应用于各大煤矿之中。就我国目前煤炭开采而言，沿空留巷技术在近水平、缓倾斜煤层中已经有了相当丰富的实践技术经验，而针对急倾斜中厚煤层普遍使用的沿空留巷技术还很不成熟。国内有部分学者对急倾斜中厚煤层沿空留巷技术进行了探索，并取得了一定的成果[1-10]。本文基于四川广旺公司石洞沟煤矿急倾斜中厚煤层，对急倾斜中厚煤层沿空留巷的支护技术及变形特点进行了探究，研究成果对于急倾斜中厚煤层沿空留巷技术具有一定的借鉴意义。
1 工程概况
1.1 煤层情况：
煤层厚度为2.14-4.4m，平均厚度为3.3m，煤层硬度系数为f=2-3，煤层走向为265°，煤层倾角为47°-58°，平均倾角为54°，本区煤岩层为简单的单斜构造，沿走向和倾向都有一定程度的舒缓波状起伏变化。
1.2 煤层顶底板情况：
1.3 巷道布置：
①采煤工作面即巷道布置：采煤工作面参数设置如下，走向长度899m，真倾斜长度137m，煤层最大倾角58°，最小倾角47°，平均倾角54°，煤层实际倾斜面积125685m2；采煤工作面上方为回风巷，下部为运输巷，两行相互平行，且布置与同一煤层中。
②运输巷：工作面运输巷为新掘机轨合一的异形断面巷道，巷道断面参数如下，宽4400mm，高3200mm，断面面积13.4m2，采用锚网索+W型钢带的联合支护。
③回风巷：该巷道的断面参数如下，高度3650mm，上宽度3500mm，下宽度3800mm，断面面积9.75m2，支护方式采用的是锚网索+W型钢带的联合支护。
2 沿空留巷的支护方案
2.1 原设计的支护方案
采煤工作面运输巷掘进期间采用的是锚网索联合支护的支护方式。锚杆采用的是长度为2200mm的MSGLW-335/20螺纹钢树脂锚杆，间排距为800mm×800mm；锚索采用的是长度为7100mm的SKP15/1860型矿用锚索，间排距为2400mm×2400mm；钢带采用的是WD280-2.8型钢带，锚网采用8#铁丝机制菱形网，80mm×80mm网格。钢带、锚网配合锚杆或锚索使用。其具体的布置方式如1所示。
图1 巷道原始支护图
2.2 改进后的支护方案
有上述可知，工作面运输巷在掘进期间实施的是“锚网索联合支护”的支护方式，但该支护方式中存在锚杆、锚索间距过大，且部分锚杆、锚索和W型钢带布置不合理的问题，不能够起到应有的支护作用。同时，由于该巷道为沿空留巷巷道，要经受上下两个工作面的采动影响，这就使得该巷道必须有足够高且合理的支护强度以保证巷道的稳定性，因此，本文在原有支护的基础上，提出了“锚网索加密联合密支护”的支护方案。该加密支护主要针对的是巷道拱顶的煤体区域，其具体的布置方式如图2所示。
图2 加密后的巷道支护图
3 沿空留巷的变形规律
为探究采动对巷道的影响，以及对比不同支护方案的支护效果，现对原支护巷道和加强支护巷道的拱顶沉降即两边收敛进行测量，其测点的具体布置方式如图3所示。
图3 拱顶下沉即两边收敛测点布置图
图4为随工作面的推进，沿空留巷监测断面处拱顶累计沉降图。图中横坐标中的正值代表监测断面在工作面前方的距离，此时，工作面还未推进到监测断面处；而负值则代表监测断面在工作面后方的距离，此时工作面已经推进超过了监测断面处。
由图4可知：
(1)当监测断面距离工作面前方30m—20m处，监测断面处的拱顶累计沉降量有极小幅度的增加，这主要是由于煤炭的蠕变作用引起的；
(2)当监测断面距离工作面前方20m处时，监测断面处拱顶累计沉降量开始出现明显的增加，这主要是由于超前支撑压力的作用，在超前支撑压力的作用下，巷道顶板的变形开始出现增加，由此可以推断工作面超前支撑压力的影响范围为工作面前方20m。
(3)随着工作面的进一步推进，监测断面到工作面的距离将进一步减小，监测断面处的超前支撑压力将进一步增大，因此，随着工作面的推进，监测断面处的拱顶下沉量将进一步增加，并且增加的速率也逐渐增大。
(4)当工作面推进至监测断面时，监测断面处的拱顶累计下沉量出现激增现象，这主要是随着监测断面处煤炭的开挖，其留设煤柱的支撑压力瞬间降为零的缘故。
(5)随着工作面推进超过监测断面10-30m时，监测断面处拱顶累计沉降量出现大幅度的增加，其主要原因在于随着工作面推进超过监测断面距离的增加，工作面后方煤层的顶板将会出现断裂，在顶板压力的作用下，监测断面处的拱顶沉降将出现大幅度的增加。
(6)当工作面推进超过监测断面30m以后，监测断面处拱顶累计下沉量逐渐减小，并最终工作面推进超过监测断面40m处趋于稳定，这主要是随着工作面的远离，监测断面处顶板的压力降逐渐得以释放，最终在距离工作面后方40m处释放完全。
综上所述，工作面超前支撑压力影响范围为工作面前方20m，而工作面顶板来压影响范围为工作面后方30m，巷道拱顶沉降量在工作面前方20m内开始出现增加现象，并在工作面断面处出现激增，同时在工作面后方10m内出现大幅度的增加，在工作面后方30m内出现明显的增加。
由图4还知，在原有的支护情况下，巷道顶板的累计沉降量为200mm左右，而经加强支护作用后，巷道顶板的累计沉降量只有50mm左右，由此可知，经加强支护作用后，巷道的顶板变形情况下降了75%左右。故可认为此种加强支护方案能对巷道的维护起到十分有效的作用。
图4 拱顶累计沉降量
图5为沿空留巷两边累计收敛量随监测断面与工作面之间距离的变化情况。同样，图中横坐标中的正值代表监测断面距离工作面前方的距离，而负值则代表监测断面距离工作面后方的距离。
由图5可知，巷道两边累计收敛量在工作面前方20m处开始出现增加现象，并在工作面处出现激增，同时，在工作面后方30m范围内出现大幅增加，并在工作面后方40m处趋于稳定。其变化趋势与巷道拱顶累计沉降的变化趋势类似。
同时，由图5还知，原有支护情况下，巷道两边累计收敛量为760mm左右，而经加强支护作用后的，巷道的累计收敛量为200mm左右，由此可知，经加强支护作用后，巷道两边累计收敛的变形情况下降了74%左右，与巷道顶板下降量基本相同，进一步证明了加强支护方案的有效性。
图5 两边累计收敛图
图6为经加强支护作用后的沿空留巷的拱顶累计沉降量和两边累计收敛量。由图6可知，经加强支护作用后的沿空留巷的拱顶累计沉降量为20mm左右，而两边累计收敛量为200mm左右，由此可知，沿空留巷两边累计收敛量要远远大于拱顶累计沉降量，其主要原因为，巷道的顶板为坚硬的砂岩，而巷道两帮主要为硬度系数较小的煤炭，另外，顶板的断裂建造成极大的来压，而大部分来压又通过巷道顶板传递到巷道两帮的煤壁，故造成巷道两帮的收敛量要远远的大于顶板的下沉量。所以，沿空留巷支护的重点应放在巷道两帮煤壁的加强上。
图6 加强支护巷道的监测结果
4 结论
经对急倾斜中厚煤层沿空留巷的不同支护方案及不同支护方案条件下的巷道的变形情况的研究，可得出如下结论：
(1)在工作面前方超前支撑压力及工作面后方顶板来压的作用下，巷道的变形工作面前方20m内开始出现明显的增加，并在工作面处出现激增，此外，在工作面后方的30m内出现大幅度增加，并最终在工作面后方的40m处趋于稳定。
(2)加强支护作用下的巷道的变形情况较原始支护情况下巷道的变形情况有近75%的下降，证明了本文所设计加强支护方案起到了很好的效果，由此可知沿巷道走向布置的支护效果要明显优于岩巷道横向的支护效果。
(3)经加强支护作用后的巷道的两帮收敛量要远大于拱顶沉降量，由此可知，沿空留巷支护的重点应放在两帮的支护上。
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论文作者:沈平，覃旭东，赵小彦，余祥旭，陈生庚
论文发表刊物:《科技新时代》2018年6期
论文发表时间:2018/8/9
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