沿空留巷扩刷工艺及参数研究

钱祥炎，陶俊涛，张永发

(中国矿业大学，江苏徐州221116)

沿空留巷扩刷工艺及参数研究

钱祥炎，陶俊涛，张永发

(中国矿业大学，江苏徐州221116)

以朱集东煤矿埋深为900余m的1121(1)工作面轨道巷开展“一巷两用”扩刷修复为工程背景，根据工程现场观测的实际反馈情况结合围岩稳定性和扩刷机制理论，针对扩刷期间围岩变形、应力变化等特点，制定合理的沿空留巷扩刷原则，通过合理可行的施工工序与优化参数选择，联合主被动支护，提高巷道支护强度，确保巷道成功修复并安全使用。

沿空留巷;一巷两用;扩刷修复;支护

随着科学采矿的不断发展，煤炭企业也越来越重视低成本，高回收率的开采;而且随着我国东部矿区开采深度的不断增大，瓦斯的赋存量加大且赋存条件越趋复杂，瓦斯的潜在危害严重影响着回采工作面的正常安全生产［1］．而沿空留巷可以实现无煤柱开采，很大程度上提高了煤炭资源的回收率，减少巷道掘进成本，通过Y型通风减少回采巷道瓦斯上隅角聚集，从而有效解决瓦斯超限问题。

随着煤矿开采水平不断向深部发展及沿空留巷在煤矿中的应用逐渐推广，深井沿空留巷的支护问题逐渐得到国内外的关注。

在深井沿空留巷顶板结构方面:

孙恒虎和赵炳利等［2］将沿空留巷顶板简化成层间结合力忽略不计的矩形“叠加层板”结构;李化敏［3］根据沿空留巷顶板运动特点，将沿空留巷分为三个不同的活动阶段并给出相应支护阻力计算公式;漆泰岳、侯朝炯等［4］从不同的角度建立了顶板运动的力学模型;张东升等［5］通过模拟实验分析基本顶的破断和支护方式对基本顶稳定性的影响并且就沿空留巷巷旁充填做了分析;谢文兵［6］对深井沿空留巷围岩位移特点、煤帮与充填应力演化特征进行研究;黄艳利、张吉雄等［7］根据进行矿压监测数据，得出沿空留巷巷旁充填参数和方法，并总结了矿压显现规律;张农教授课题组已经在全国多个地点开展深井沿空留巷的理论研究和工业性试点工作，提出留巷上方厚层顶板的预裂爆破切顶技术、三位一体留巷整体加固技术、大直径锚索支护、中空注浆锚索支护及锚索束支护等先进巷道围岩控制理念和技术。

国内外学者对深井沿空留巷扩刷修复前期的顶板结构、应力环境、变形破坏特征、支护原理和技术的研究成果，为本文深井沿空留巷“一巷两用”扩刷修复施工工艺及参数的研究提供了很好的借鉴和参考作用。

1 沿空留巷变形与结构分析

1.1 留巷变形

1)巷道掘进影响阶段。在巷道开挖后，巷道围岩应力重新分布并出现应力集中现象，本为三向受力状态的围岩转向二向受力状态［8］．

2)掘进影响稳定阶段。在完成掘进后，随着时间推移，巷道变形逐渐趋于缓和，虽然巷道围岩体现出其蠕变性使得变形仍在缓慢增长，但相对于掘进阶段而言要小很多。

3)采动影响阶段。在上一区段开采过程中，沿空留巷受到回采引起的超前支承压力的影响，围岩发生大变形，随着回采面的推进，在采空区后方附近，顶板弯曲下沉，使得巷道的支撑压力和变形速度都达到最大值。

4)采动影响稳定阶段。在回采工作面推过并远离后，巷道的围岩应力又重新分布并趋于稳定，同样在蠕变特性下，围岩发生缓慢变形，其变形速度也要远低于掘进影响阶段和采动影响阶段。

5)二次采动影响阶段。在该区段工作面回采过程中，巷道在受到上一区段残余应力的影响外还要受到该区段回采引起的超前支承压力的作用，在两个作用相互叠加的情况下，巷道围岩应力再一次重新分布和变形。这个阶段的变形和破坏要比其他任何阶段都要剧烈。

1.2 沿空留巷结构分析

沿空留巷结构示意图见图1，沿空留巷为无煤柱护巷，不同于其他巷道，在采空区一侧有巷道充填体支护，巷道上方老顶沿采空区侧容易发生回转下沉，使得靠近煤壁一侧顶板下沉量较大，因此为了保证沿空留巷安全使用，留巷的扩刷工艺及参数确定显得尤为重要，合理的扩刷工艺可以有效保证沿空留巷的质量并控制留巷在采动影响下的大变形。

图1 沿空留巷结构示意图

2 留巷扩刷工艺

朱集东煤矿在留巷时采用分段留巷的方式，每隔300 m留一处联络巷，当工作面经过联络巷后随即将尾巷封闭。在沿空留巷扩刷修复时需要对封闭巷道的围岩变形情况进行分析，根据不同的变形程度，采用不同的扩刷支护参数和方案。主要分为以下3类:

Ⅰ类巷道:巷道整体变形较小，巷道宽度能达到3 500 mm以上，顶板完整性较好，锚网整体好，顶板仅需扩刷500 mm以内即可满足设计要求。

Ⅱ类巷道:巷道整体变形较大，巷道宽度在3 000～ 3 500 mm，顶板局部完整性差，部分锚杆失效、铁丝网破裂，顶板需扩刷500～1 000 mm才能满足设计要求。

Ⅲ类巷道:巷道整体变形严重，巷道宽度在3 000 mm以下，顶板破碎，多处锚杆失效、铁丝网破裂，顶板需扩刷1 000 mm以上方能满足设计要求。2.1扩刷支护原则

1)支护以控顶为主，以破碎围岩条件下的锚网的完整性控制为辅。

留巷经历了巷道围岩变形的5个阶段，由于朱集东矿1121(1)工作面轨道巷以厚层泥岩复合顶板为主，受采动后应力重新分布达到稳定时巷道顶板呈松散、破碎、承载力极低的状态，因此应加强工作面顶板的控制，采取锚喷支护、喷浆等手段以保证顶板的稳定。在锚网喷支护中，锚杆的锚固力需建立在锚网、钢带完整、稳固的基础上，否则一旦锚网破裂，锚杆支护失效，最终将会导致支护体和围岩整体失稳，所以应提高锚杆、锚网、钢带的强度、刚度、整体性。

2)扩刷应选择最佳时机，以底部的扩刷为主。

上一区段开采完成后，围岩经历一定的稳定时间才能达到一定的稳定性，岩块重新胶结，应力重新分布，趋于减小。因此为了减小上区段对留巷扩刷的影响，应选择适宜的时机进行扩刷。经数据统计分析可得，1111(1)工作面推过50天之后是适宜的扩刷时机［8］;留巷围岩应力趋向于稳定时其变形显现出不协调性，底鼓量最大，其次是非回采侧移近量，最小的是墙体移近量和顶板下沉量，因此应以底部的扩刷为主，以产生足够的生产空间。对于支护和加固材料应尽量做到重复利用，但复用的锚杆、锚索应进行抗拉拔力检测以满足使用要求。

2.2 扩刷流程

根据以往沿空留巷扩刷的优缺点和理论分析，针对上述3类巷道提出以下优化的扩刷流程和工艺参数，这3类巷道流程类似，但要根据具体情况采取不同的参数。主要工艺流程见图2．

2.3 支护参数

以下主要讲述第Ⅰ类巷道主要施工参数:

喷浆。为了防止注入的浆体从围岩中渗出，先在围岩表面进行喷浆，同时起到加固防风化，改善围岩应力状态的作用。此处取喷浆超前刷帮处30 m，喷层厚度70～100 mm．

浅孔注浆。超前帮部扩刷处20 m．每断面3孔，注浆孔深2 000 mm，注浆孔间距1 500 mm，排距1 600 mm，注浆管长度1 400 mm，注浆材料采用425#硫铝酸盐水泥，水灰比0.5，注浆压力不大于1.5 MPa．

图2 巷段施工工艺流程图

深孔注浆。浅孔注浆完成后，进行深孔注浆，通过对比，选择注浆材料为625#硅酸盐水泥，这种水泥凝结硬化速度快，强度大，使用良好。水灰比过大会导致混凝土硬化后形成大量气孔从而降低强度;过小会使得流动性很差无法注浆，所以此处选择水灰比为0.5．一般注浆要超前于扩刷处25 m．用来注浆的孔参数为孔径40 mm、孔深3 000 mm、封孔深度为600 mm，注浆压力为2.5～3.0 MPa．注浆孔间排距为1 500 mm×1 600 mm．

锚索梁。在顶板扩刷后为了及时维护顶板安全，需要铺锚网并进行喷浆，不仅可以防风化，加强自身承载性能，还能改善围岩应力状态。锚网规格参数为d8 mm，网格约150 mm×150 mm．选择20#槽钢，长2 m，布置3孔，孔径32 mm，孔中心距800 mm．锚索垂直顶板施工，喷层厚度为50 mm，边扩刷边施工。

对于帮部采用锚杆与注浆锚索联合支护，对原有锚带网进行重复利用，若不能利用，则采用规格参数为长3 000 mm的锚杆，均匀每隔600 mm打锚杆眼。原有锚杆锚索在保证预紧力为70 kN、90 kN左右，锚固力分别为100 kN、200 kN以上时可再次利用。锚杆采用“三高锚杆”。锚索外露长度200～300 mm，锚杆外露长度50 mm，多余的外露长度剪去。对充填墙体进行喷浆处理，当其受到采动动压影响破碎时采用浅孔注浆来提高承载能力。

通过以上措施对顶板和帮部主被动联合支护。扩刷修复前后对比图见图3．

图3 扩刷前后对比图

3 结论

沿空留巷作为一种高回收率的煤炭开采方法，有着很好的研究意义，不仅可以提高煤炭经济效益，还能提高社会效益。本文通过对沿空留巷扩刷原则和经验的总结，分析沿空留巷变形特点，得出沿空留巷的优化施工工艺及参数，实践证明其效果良好，可以为类似研究提供参考。

［1］杨百顺．顾桥矿深井开采沿空留巷顶板控制技术研究［D］．中国矿业大学，2008.

［2］孙恒虎，赵炳利．沿空留巷的理论与实践［M］．北京:煤炭工业出版社，1993:13－14.

［3］李化敏．沿空留巷顶板岩层控制设计［J］．岩石力学与工程学报，2000(5):651－654.

［4］漆泰岳，郭育光，侯朝炯．沿空留巷整体浇注护巷带适应性研究［J］．煤炭学报，1999(3):34－38.

［5］张东升，茅献彪，马文顶．综放沿空留巷围岩变形特征的试验研究［J］．岩石力学与工程学报，2002(3):331－334.

［6］谢文兵．综放沿空留巷围岩稳定性影响分析［J］．岩石力学与工程学报，2004(18):3059－3065.

［7］黄艳利，张吉雄，巨峰．巷旁充填沿空留巷技术及矿压显现规律［J］．西安科技大学学报，2009(5):515－520.

［8］张农，张志义，吴海，等．深井沿空留巷扩刷修复技术及应用［J］．岩石力学与工程学报，2014(3):468－474.

Research on Expanding and Repairing Technology and Parameters in Gob－side Entry Retaining

QIAN Xiangyan，TAO Juntao，ZHANG Yongfa

1121(1)working face transportation roadway in Zhuji coalminewhich carries out Expanding and re-pairing is as the background．According to the actual feedback of engineering field observation，combines with the surrounding rock stability and expanding and repairingmechanism theory．Aiming at the characteristics of surrounding rock deformation and stress changes during the period of expanding and repairing，formulates the reasonable principles for gob－side entry retaining expanding and repairing．By the reasonable and feasible construction process and the optimal parameter selection，combines with the active and passive supporting，improves the roadway support strength，ensures the roadway sucessful repair and safe using．

Gob－side entry retaining;a road two roles;Expanding and repairing;Supporting

TD353

B

1672－0652(2015)09－0009－04

2015－08－11

钱祥炎(1992—)，男，陕西安康人，2012级中国矿业大学在读本科生，主要从事煤矿巷道支护技术研究(E－mail)15062128981@163．com