朱云龙
国家能源集团神东煤炭公司柳塔煤矿 内蒙古鄂尔多斯市017209
摘要：本文根神东柳塔煤矿22103工作面沿空留巷工艺进行研究，分析了巷旁支护机理，介绍了巷旁充填方案。采煤工作面中的沿空留巷，是指在工作面的回采过程中，将本工作面的回采巷道保留下来，而作为邻近工作面的一条回采巷道使用，这就需要通过巷旁支护和巷内支护技术来实现。因此，沿空留巷的一个关键组成部分就是巷旁支护，其重要的一个参数就是巷旁支护体宽度的设计，所以，沿空留巷巷旁支护体的结构稳定性将影响着整个沿空巷道支护系统可靠性。
关键词：沿空留巷；巷旁支护；巷旁填充
目前我国许多煤矿一直使用留煤柱的方法形成区段巷道，从而造成大量煤炭资源的损，同时也会造成巷道掘进量的增加。沿空留巷技术可以在回收遗留的煤柱的同时，减少巷道掘进工作量。在沿空留巷充填支护理论和技术方面，国内外科研院所开展了大量研究和试验，取得了丰富的成果。但是，目前沿空留巷技术仍存充填材料成本高，支护效果差，充填系统设备复杂等不足，需要通过进一步研究改进优化，本文根据神东柳塔煤矿22103综采工作面为例，介绍沿空留巷巷旁充填技术。
一、巷旁充填体与顶板岩层的相互作用
1、顶板岩层。工作面在回采过程中,其采空区顶板岩层活动的主要形式是自上而下的出现分层垮落现象,主要表现为顶板岩层的旋转下沉和平移下沉形式。顶板岩层活动可分为前期活动、过渡期活动和后期活动三个时期。前期活动会出现沿空留巷顶板的“一次破断”，这时会与出现冒落的矸石基本上失去联系，并伴随着充填体强度的加大,充填体会切落采空区侧悬臂的直接顶；过渡期活动出现沿空巷顶板的“二次破断”,以此同时会形成老顶岩梁。此阶段顶板的活动会以旋转下沉为主要形式,因此变形速度加快,变形量加大；后期活动造成老顶下位岩梁和沿空留巷直接顶板平移下沉，该阶段顶板以平移下沉为主,下沉速度较小。
2、巷旁充填体作用力。老顶岩梁的位态与工作面采高、直接顶厚度和岩性有关,而巷旁充填体不能改变老顶岩梁的稳定状态。在顶板岩层活动的不同阶段，巷旁充填体的作用也不尽相同。在顶板前期活动的阶段,顶板以旋转下沉为主,充填体的作用力主要是直接顶的重量和悬臂直接顶的作用力；在顶板的过渡期活动阶段,为了使老顶岩梁的“大结构”在较短时间内尽快形成,这就要求充填体应该具有足够的切顶阻力,能够切断老顶,以减少沿空留巷顶板的下沉量和巷道矿压显现的剧烈程度；顶板后期活动阶段,充填后期工作阻力会呈现出波动性,并会逐渐趋于稳定。
二、沿空留巷巷旁充填支护机理
“两硬”薄煤层条件下沿空留巷开采，顶板岩层强度高、厚度大、整体性强、节理裂隙不发育，煤层开采后顶板悬顶时间长、悬顶距大。在顶板运动的早期阶段，旋转下沉的基本顶岩梁并未与采空区冒落矸石接触，此时的巷旁充填体将承受很大的顶板压力，到顶板运动的后期阶段，随着基本顶岩梁与采空区冒落矸石的接触，使得采空区冒落矸石带与巷旁支护体一起支承上覆顶板压力。同时，由于充填体的可缩性小，若使巷旁充填体能有效支撑上覆顶板，需要沿采空侧强制切断顶板，使基本顶岩梁回转下沉量较少，要求巷旁充填体有较小压缩量即可，从而减少巷旁充填体支护阻力。在顶板前期运动和过渡期运动阶段，基本顶沿断裂线旋转运动，此时巷旁充填体将承受较大的压力，为防止充填体在基本顶岩块回转下沉中被破坏，充填体要具有一定的可缩性，可缓解顶板压力，防止充填体受压破碎，充分发挥围岩的自稳能力;在顶板后期运动阶段，充填体应具有一定的抗压强度，维护充填体上方顶板的完整，防止直接顶与基本顶之间出现离层，同时还能切断采空区侧顶板，使冒落矸石充满采空区，不仅能够减少上覆顶板的下沉空间，冒落矸石还能支撑上覆顶板，降低充填体承受的支护阻力。由此可见，在坚硬顶板条件下沿空留巷，顶板前期运动阶段巷旁充填体抗压强度不必太高，但应该具有一定的可缩性，用于缓解上覆顶板压力，对上覆顶板起到了“让”压的作用。
三、沿空留巷巷旁充填支护技术
1、巷道加强支护方案
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沿空留巷巷旁充填支护结构模型如图所示，随着煤层的采出，直接顶发生规则或不规则的垮落，与上覆基本顶发生离层，基本顶岩层发生回转、断裂或弯曲下沉，最终形成由岩块A、岩块B与岩块C组成的铰接结构。岩块B经沿采空侧强制切断顶板后断裂。上覆岩块稳定以后，沿空留巷位于岩块B下方，通过巷旁充填体与采空区隔离。通过采用巷道加强支护，与巷旁支护共同提供足够的初撑力与支护阻力，保证支护具有一定初撑力、增阻速度及较高的支护刚度，防止顶板离层。考虑到巷道断面的尺寸、顶板厚度及施工条件，确定使用锚杆－钢带－网组合的支护方式，支护参数如下:顶板和两帮均采用直径18mm、长度2400mm的全螺纹等强锚杆，并全部挂网，锚杆间排距为850mm×850mm;顶板锚索为直径17.8mm、长8000mm的钢绞线锚索，锚索间排距为1700mm×2550mm。顶板锚杆锚固力不小于80kN，帮锚杆锚固力不小于60kN，锚索锚固力不小于120kN，顶板和实体煤侧需加钢带并挂网。
2、巷旁充填支护方案
（1）充填材料。巷旁充填材料的选择直接决定着沿空留巷的成败，用于巷旁充填的材料应具有支护强度高、速凝早强、较大的可缩量、较高的残余强度、较好的密闭性、来源广且成本低等特点。常用充填材料的组份可以分为:惰性材料、胶凝材料和改性材料［1］。综合考虑姜家湾煤矿实际情况，选择水泥作为胶凝材料，粉煤灰作为有胶凝性能的活性混合材料，煤矸石、河砂作为惰性材料，并加入了其他改性材料。其中，水泥与惰性材料最佳配比为1∶4，惰性材料中河砂与石子最佳配比为2∶3，早强剂占总量的1.2%，减水剂占总量的1.5%。因此，巷旁充填材料现场施工配合比水、水泥、粉煤灰、矸石粉、河砂、石子、早强剂、减水剂质量分别为134、164、44、85、227、340、2.8、3.2kg/t。
（2）充填体支护参数设计。采用沿空留巷方案，在工作面推进过周期来压步距Lmax，煤体上方部分应力得以释放后，再使巷旁充填体承受压力，这就要求充填体的支护阻力可以达到足以抵抗垮落直接顶的强度。利用如下公式对巷旁充填体支护阻力P进行计算。
根据充填体单轴抗压强度试验结果，确定巷旁充填体宽度为2.3m时能较好地满足支护要求。根据现场实际经验，充填体抗压强度越大，充填体破坏程度越小，顶板下沉量及两帮水平位移都越小，即沿空留巷效果越好，但配置成本越高且工艺越复杂，综合考虑确定充填体强度为23MPa左右，能够满足本工作面开采支承压力的影响。利用充填墙支撑顶板，能够缓和上覆岩层旋转下沉对巷旁支护的冲击，使直接顶切顶断裂线向采空区深入，减轻采空区矸石对充填体的侧向冲击，保持巷旁充填体的稳定性;提高早期支护强度，为安全生产提供保障，同时充填墙可起到防漏风作用，并且可提高后期对顶板支撑作用。
结束语：
1)提出了沿采空区侧强制切顶技术和坚硬顶板沿空留巷支护机理，在顶板运动的前期和后期对充填体的可压缩性和强度要求不同。
2)采用锚杆－钢带－网组合的支护方式进行巷道加强支护，巷旁充填支护以水泥、粉煤灰、煤矸石和河砂等配合其他改性材料作为充填材料，有效提高了沿空巷留的稳定性。
参考文献：
［1］何满潮，陈上元，郭志飚.无巷旁充填切顶卸压沿空留巷围岩结构控制及其工程应用［J］.中国矿业大学学报，2017，46（5）：09.
［2］蔡洪林，尹贤坤，汤朝均.无巷旁充填切顶卸压沿空留巷无煤柱开采技术研究与应用［J］.矿业安全与环保，2019（5）：15-18.