綜采工作面沿空留巷頂板控制措施研究

李 飛

（山西高河能源有限公司，山西 長治 047100）

1 工程概述

1.1 工作面概況

山西高河能源有限公司E1315工作面位于井田+450m水平南翼，工作面北部為實煤區，南部為E1316工作面，西部為水平大巷（南翼回風大巷、南翼進風大巷、南翼膠帶輸送機大巷），如圖1所示。E1315工作面設計走向長度為610m，傾向長度為320m，回采煤層為3#煤層，平均厚度6.7m，工作面采用綜合機械化放頂煤回采工藝。

1.2 E1315沿空留巷初步支護設計

為了提高工作面煤柱回采率，E1315工作面與E1316工作面采用無煤柱回采工藝。E1315工作面在回采期間進行沿空留巷，E1315沿空留巷掘進時沿3#煤層底板布置，斷面規格為寬×高=5.2×4.0m，巷道預留頂煤厚度為2.7m。E1315沿空留巷距E1315工作面煤柱0.5m處頂板進行切頂卸壓并形成與工作面走向平行的切頂線。

圖1 高河煤礦E1315工作面平面布置示意圖

支護設計中E1315沿空留巷處頂板采用錨索、鋼帶、錨桿進行聯合支護，每排施工6根長度為2.5m左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，錨桿與鋼帶配套使用，錨桿間距×排距=0.9×1.0m，錨索采用長度為6.0m預應力鋼絞線，錨索間距×排距=1.8×3.0m；在距巷道切頂線0.3m處支設一排密集單體液壓支柱并鋪設金屬網進行擋矸，單體柱支護間距為0.5m。

1.3 原支護設計存在問題

E1315工作面在前200m回采過程中，工作面架后0～150m范圍內受采動及采空區壓力影響，沿空留巷頂板出現下沉、破碎現象，80～95m處頂板出現局部漏頂，同時位于切頂線側頂板三角煤柱出現局部垮落現象，頂板壓力加大造成單體柱出現卸壓，巷道整體向采空區側下沉，兩幫頂板最大位移差為0.4m，影響著工作面安全回采。

2 E1315沿空留巷頂板聯合支護措施

由于E1315在回采期間架后0～150m范圍內頂板壓力最大，所以決定對架后0～150m范圍內E1315沿空留巷頂板采取“移動式π型鋼棚+走向恒阻錨索+三柱一梁門式鋼棚”等聯合支護措施。

2.1 架設移動式π型鋼棚

（1）移動式π型鋼棚主要由兩節棚腿，一節π型頂梁以及行走底座組成，棚腿長度為4.0m，棚腿由液壓系統控制可伸縮，伸縮行程在2.5～4.0m之間，π型頂梁長度為4.8m，每個行走棚腿底座安裝四個高強度萬向輪。

（2）移動式π型鋼棚架設時與E1315沿空留巷垂直布置，鋼棚間距為1.5m，一節棚腿緊貼E1316工作面側煤柱布置，另一節棚腿安裝在距切頂線0.4m處。

（3）兩節棚腿架設穩固后再安裝π型頂梁，頂梁與棚腿之間采用卡纜固定，相鄰三架鋼棚安裝后在其上方鋪設三根長度3.2m縱向工字鋼梁，鋼梁間距為1.5m，如圖2所示。

（4）縱梁安裝后操作棚腿液壓系統，升起棚腿并使縱梁緊貼頂板，縱梁與頂板必須接觸嚴實。

2.2 施工恒阻錨索

（1）E1315沿空留巷頂板共計施工兩排恒組錨索，錨索采用長度為9.0m，直徑為21.6mm高預應力鋼絞線，恒阻器外徑為72mm，恒阻器長度為500mm，最大允許變形量150mm。

（2）第一排恒阻錨索施工在距切頂線0.3m處，錨索沿巷道走向布置，錨索間距為1.0m，每5根錨索采用一根長度為4.5m“JW”型鋼帶連接，相鄰兩根鋼帶疊加布置。

（3）第二排恒阻錨索施工在距切頂線1.5m處，錨索沿巷道走向布置，錨索間距為2.0m，每3根錨索采用一根長度為4.5m“JW”型鋼帶連接，相鄰兩根鋼帶疊加布置，如圖2所示。

（4）每根錨索配套型號為MSKC23/35型（一支）和MSK23/80型（兩支）錨固劑，錨索錨固后在其下方依次安裝“JW”型鋼帶、錨索托板以及型號為HZS35-300-0.5恒阻器，并采用TQ22-500/63型錨索張拉機進行預緊，預緊力不得低于28t。

2.3 架設三柱一梁門式鋼棚

（1）為了提高采空區側留空巷支護效果及擋矸效果，在距切頂線0.2m處架設一排門式鋼棚，鋼棚沿巷道走向布置。

（2）門式鋼棚由三根單體柱及一節頂梁組成，鋼棚寬度為3.0m，相鄰單體柱間距為1.2m，相鄰兩架鋼棚間距為0.5m。

（3）門式鋼棚支設完后，在鋼棚與采空區之間依次鋪設規格為長×寬=3.2×2.0m雙筋鋼筋網以及風帶。

圖2 高河煤礦E1315沿空留巷頂板聯合支護平面示意圖（單位：mm）

3 應用效果

（1）E1315沿空留巷架設移動式π型鋼棚，有效控制了頂板下沉現象，后期回采期間對巷道頂板觀察發現，隨著工作面推移在架后0～90m段頂板壓力呈上升趨勢，頂板下沉量逐漸加大，但采用密集π型鋼棚后頂板最大下沉量為0.11m（89～92m處）且控制頂板破碎、冒頂現象，而在90～150m段頂板壓力逐漸減小，架后120～150m段頂板及兩幫應力達到平衡狀態，頂板趨于穩定，原巷道支護設計滿足支護要求，可從架后150m處逐漸回收移動式π型鋼棚。

（2）在巷道采空區側施工兩排恒阻錨索及架設走向門式鋼棚，對切頂線附近不穩定頂板進行懸吊、支撐，有效提高了頂板穩定性，在后期回采期間位于切頂線上方三角煤柱未出現垮落現象，有效解決了E1315沿空留巷因兩幫支撐作用力不均衡，造成巷道兩幫頂板形成較大位移差。與傳統支設單體柱相比，一梁三柱門式鋼棚更加穩固，擋矸效果更佳。

4 結束語

山西高河能源有限公司通過技術研究，對E1315沿空留巷頂板初步支護設計進行改進強化，采取“移動式π型鋼棚+走向恒阻錨索+三柱一梁門式鋼棚”等聯合支護措施。實踐證明，采取聯合支護措施后，保證了沿空留巷頂板穩定性，降低了頂板下沉量，有效阻止了切頂線處頂板三角煤柱垮落，取得了顯著成效，為其他無煤柱回采工作面沿空留巷支護提供實踐經驗。