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(shí)煤區(qū)，南部為E1316工作面，西部為水平大巷（南翼回風(fēng)大巷、南翼進(jìn)風(fēng)大巷、南翼膠帶輸送機(jī)大巷），如圖1所示。E1315工作面設(shè)計(jì)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(jī)械化放頂煤回采工藝。

1.2 E1315沿空留巷初步支護(hù)設(shè)計(jì)

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(jìn)行沿空留巷，E1315沿空留巷掘進(jìn)時(shí)沿3#煤層底板布置，斷面規(guī)格為寬×高=5.2×4.0m，巷道預(yù)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(jìn)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(hù)設(shè)計(jì)中E1315沿空留巷處頂板采用錨索、鋼帶、錨桿進(jìn)行聯(lián)合支護(hù)，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(yù)應(yīng)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(shè)一排密集單體液壓支柱并鋪設(shè)金屬網(wǎng)進(jìn)行擋矸，單體柱支護(hù)間距為0.5m。

1.3 原支護(hù)設(shè)計(jì)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(nèi)受采動(dòng)及采空區(qū)壓力影響，沿空留巷頂板出現(xiàn)下沉、破碎現(xiàn)象，80～95m處頂板出現(xiàn)局部漏頂，同時(shí)位于切頂線側(cè)頂板三角煤柱出現(xiàn)局部垮落現(xiàn)象，頂板壓力加大造成單體柱出現(xiàn)卸壓，巷道整體向采空區(qū)側(cè)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(lián)合支護(hù)措施

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

2.1 架設(shè)移動(dòng)式π型鋼棚

（1）移動(dòng)式π型鋼棚主要由兩節(jié)棚腿，一節(jié)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(tǒng)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(gè)行走棚腿底座安裝四個(gè)高強(qiáng)度萬向輪。

（2）移動(dòng)式π型鋼棚架設(shè)時(shí)與E1315沿空留巷垂直布置，鋼棚間距為1.5m，一節(jié)棚腿緊貼E1316工作面?zhèn)让褐贾茫硪还?jié)棚腿安裝在距切頂線0.4m處。

（3）兩節(jié)棚腿架設(shè)穩(wěn)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(shè)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(tǒng)，升起棚腿并使縱梁緊貼頂板，縱梁與頂板必須接觸嚴(yán)實(shí)。

2.2 施工恒阻錨索

（1）E1315沿空留巷頂板共計(jì)施工兩排恒組錨索，錨索采用長度為9.0m，直徑為21.6mm高預(yù)應(yīng)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(jī)進(jìn)行預(yù)緊，預(yù)緊力不得低于28t。

2.3 架設(shè)三柱一梁門式鋼棚

（1）為了提高采空區(qū)側(cè)留空巷支護(hù)效果及擋矸效果，在距切頂線0.2m處架設(shè)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(jié)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(shè)完后，在鋼棚與采空區(qū)之間依次鋪設(shè)規(guī)格為長×寬=3.2×2.0m雙筋鋼筋網(wǎng)以及風(fēng)帶。

圖2 高河煤礦E1315沿空留巷頂板聯(lián)合支護(hù)平面示意圖（單位：mm）

3 應(yīng)用效果

（1）E1315沿空留巷架設(shè)移動(dòng)式π型鋼棚，有效控制了頂板下沉現(xiàn)象，后期回采期間對巷道頂板觀察發(fā)現(xiàn)，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(xiàn)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(yīng)力達(dá)到平衡狀態(tài)，頂板趨于穩(wěn)定，原巷道支護(hù)設(shè)計(jì)滿足支護(hù)要求，可從架后150m處逐漸回收移動(dòng)式π型鋼棚。

（2）在巷道采空區(qū)側(cè)施工兩排恒阻錨索及架設(shè)走向門式鋼棚，對切頂線附近不穩(wěn)定頂板進(jìn)行懸吊、支撐，有效提高了頂板穩(wěn)定性，在后期回采期間位于切頂線上方三角煤柱未出現(xiàn)垮落現(xiàn)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(tǒng)支設(shè)單體柱相比，一梁三柱門式鋼棚更加穩(wěn)固，擋矸效果更佳。

4 結(jié)束語

山西高河能源有限公司通過技術(shù)研究，對E1315沿空留巷頂板初步支護(hù)設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)強(qiáng)化，采取“移動(dòng)式π型鋼棚+走向恒阻錨索+三柱一梁門式鋼棚”等聯(lián)合支護(hù)措施。實(shí)踐證明，采取聯(lián)合支護(hù)措施后，保證了沿空留巷頂板穩(wěn)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(hù)提供實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。