坪上煤业分层开采沿空留巷的应用实践

边 福

（晋能控股煤业集团鄂托克前旗恒源投资实业有限责任公司，山西 晋城 048006）

坪上煤业位于山西省晋城市沁水县端氏镇，生产能力为90万吨/年，斜井开拓，现有个井筒，现在采3#煤，平均厚度为5.35m，矿井采用分层开采工艺，实验巷道为23042巷，其规格为：毛高2.9m，毛宽3.5m，毛断面面积10.15m2；净高2.8m，净宽3.4m，净断面面积9.52m2。该工作面位于井田西翼的北部，地面标高650～800m，巷道标高240～250m，盖山厚度220～503m，在原有巷道的基础上一次扩巷至设计宽度并在扩大后的巷道中央设置宽1200mm的钢筋混凝土隔离墙代替煤柱，实现采面的无煤柱开采。

1 地质情况介绍

1.1 水文地质情况

工作面底板突水系数Ts=0.035-0.039MPa，按规范正常块段不大于0.10MPa，构造破坏块段不应大于0.06 MPa。因此在无断裂构造等导水通道沟通情况下，不会发生底板突水事故，预计最大涌水量为20m3/h，正常涌水量为1m3/h，巷道周围没有采空区积水。

1.2 煤层及其顶底板岩石性质

1）顶板岩石性质，老顶：岩石性质为细粒砂岩，岩性特征灰色，以石英为主，含云母，见少量菱铁矿，F=12.4-14.3，厚度1.8～8.05m，平均厚度为5.03m。直接顶：岩石性质为泥岩，岩性特征灰黑色，厚层状，含少量植物化石，F=3.0-7.0，厚度为4.65～6.30m，平均厚度为5.79m。伪顶：岩石性质为炭质泥岩，岩性特征黑色，质软，F=1.0左右，厚度0.1-0.3m。

2）底板岩石性质，直接底：岩石性质为泥岩，岩性特征灰黑色，以均匀层理为主，含丰富的植物根化石，F=5.0-7.0，厚度0.96～6.19m，平均厚度3.94m。老底：岩石性质为细粒砂岩，岩性特征灰色，细粒砂质结构，主要成分石英、长石，分选性、磨圆度较差，厚度0.13-4.74m。

3）煤层，煤层为3#煤层，3#煤为黑色，光亮型，条带状，以亮煤、镜煤为主，结构简单，一般不含夹矸。节理较发育，煤层走向0-80°。煤层平均厚度5.35m，煤层倾角2°～18°，平均6°，普氏系数2.0-3.0。

2 施工工艺

2.1 巷道扩巷施工工艺

在扩巷过程中使用120综掘机配合转载机和40T溜槽，沿3#煤层顶板按中线掘进，采用掘支单行，掘进两排，支护两排，全断面一次成巷的作业方式。

2.2 钢筋混凝土隔离墙施工工艺

1）一次扩巷施工至一定安全距离时，在巷道底部开挖隔离墙基础，基础规格：宽1.8m×深0.5m。在基础内施工底板植筋和基础配筋，然后回填灌满混凝土。浇筑的混凝土基础强度符合要求时，在成型的混凝土基础上挂设柔性模板，浇筑混凝土隔离墙。

2）浇筑隔离墙基础方式及参数，①隔离墙基础规格及参数，a.底板植筋方式和参数，底板植筋每排布置2根锚杆，间距1300mm，排距750mm，全部垂直底板施工。锚杆杆体为22#左旋无纵肋螺纹钢筋，锚固长度为1208mm，锚固力不低于120kN。锚杆外露600mm，确保底板浇筑上好托盘紧固后高出原底板100mm；b.基础配筋方式和参数，钢筋网设置距离基础底部和顶部100mm位置处，分别布置两层受拉钢筋网，具体配筋如图1所示：

图1 隔离墙基础示意图

图2 柔模隔离墙使用对拉锚栓布置图

c.混凝土设计。隔离墙基础（即基坑）内配筋完成后，采用C50自密实块硬早强混凝土回填灌满，待混凝土基础浇筑3天后可在基础上浇筑柔模混凝土隔离墙。隔离墙、C50混凝土配合比例为：水泥型号52.5#，水泥680kg、砂子800kg、石子900kg、专用外加剂1.3kg、水275kg；②浇筑隔离墙方式及参数，在一次扩巷区浇筑柔模混凝土隔离墙混凝土配比同基础一致，墙体规格为宽1.2m×高2.9m。墙体一侧与23042巷原煤柱帮平齐，另一侧距离一次扩巷后新煤帮2300mm。墙体浇筑时具有3°迎山角，减轻墙体压力，减少底鼓量。模板采用无煤柱开采横斜双拉纤维柔性模板，该模板由外部加筋纤维布和内部拉筋组成为封闭的三违纺织结构，为封闭的三维纺织结构，外形与支护体相同，是支护体的预成型体［1］。

柔模隔离墙使用对拉锚栓进行紧固。每排布置4根锚栓，间排距750mm×750mm入图2所示，全部垂直于墙面安设，锚杆外露不大于80mm（因施工原因造成锚杆外露超标时，可多垫1-2个托盘）。锚栓杆体为超强热处理左旋无纵肋螺纹钢筋，BHRB500，杆体直径22mm，杆体长度1400mm，杆体两端设有螺纹，杆尾螺纹公称直径为M24，采用滚压加工工艺成型，杆尾螺纹长度为120mm。锚栓托盘采用拱形高强度托盘配合球型垫和减阻尼龙垫圈使用，托盘尺寸不低于150mm×150mm×12mm，拱高度不低于36mm，托盘承载能力大于23t。墙体浇筑成型3天后预紧力矩为300N·m［2］；③混凝土隔离墙施工工艺流程：安全检查——清理待浇筑区巷道顶底板——撤除待教主区中央位置单体——利用待浇筑区两侧单体挂膜——利用锚栓、钢筋梯限位柔模——再次检查柔模质量——泵注混凝土——柔模接顶——柔模混凝土墙体养护。

3 永久支护设计

永久支护。

1）顶板支护：采用树脂加长锚固，锚网梁、单体液压柱组合支护系统，并采用锚索补强支护。

锚杆、单体柱布置：锚杆排距1.0m，间距1.0m，每排4根，单体柱每排一支。采用无纵肋左旋螺纹钢树脂锚杆，长度为2.4m，其规格为MSGLW-400/22×2400。液压柱必须超过23042巷一次扩巷正前煤壁10m，初撑力不小于90kN（11.5MPa）。

锚索布置：锚索每隔一排布置两根。长度9.3m，其规格为SKP22-1/1770型，锚固方式为端部锚固，锚固长度1971mm。

钢筋托梁规格：采用Φ16mm的钢筋焊接而成，外宽100mm，长3200mm，在安设锚杆位置各焊两根纵筋。

金属菱形网：网孔规格50×50mm，采用10#镀锌铁丝编织而成。

托盘：采用150mm×150mm×10mm配套的高强度拱形托盘［3］。

2）西帮支护：锚杆布置：每排3根，起锚高度700mm，锚杆间距900mm，距顶400mm，排距1.0m。采用玻璃钢锚杆，型号为MGSC20/2000F，均垂直帮部打设。

托盘：采用配套的高强度圆形托盘。

W 钢带：W280×450/4.0 40×60［4］。

3）矿压观测结果，根据巷道已经安装间距不大于50m的锚杆测力计，观测施工过程中的顶板应力变化和顶板下沉情况。经对比后发现如下规律。

图3 顶板压力变化规律

通过图3可以得出在工作面距离测力点还有30m时，测力点的顶板压力才开始出现显著变化，当工作面距测力点到15m时顶板压力开始剧增，当工作面超过测力点5m后顶板压力达到最大值，压力也随着距离的增加急剧下降，最终在30m后接近原来应力值，说明永久支护后的巷道顶板开始达到一个新的应力平衡点。

4 结语

1）沿空留巷在掘进的过程中通过围岩顶板的应力观测发现，巷道的施工对顶板围岩的扰动时间集中，在支护后能快速的达到新的应力平衡点，在顶底板相对坚硬的煤层中具有较高的实用价值。

2）为保证施工的安全，在巷道中部提前布置一排单体液压支柱，能有效的缓解顶板压力，提高支护工作面的安全系数，保证施工安全［5］。

3）沿空留巷配合隔离墙的施工能保证上层工作面的无煤柱开采，但是下层煤的开采数据还需要等到下层工作面顺槽布置时实验验证。