综采工作面沿空留巷顶板控制措施研究

李 飞

（山西高河能源有限公司，山西 长治 047100）

1 工程概述

1.1 工作面概况

山西高河能源有限公司E1315工作面位于井田+450m水平南翼，工作面北部为实煤区，南部为E1316工作面，西部为水平大巷（南翼回风大巷、南翼进风大巷、南翼胶带输送机大巷），如图1所示。E1315工作面设计走向长度为610m，倾向长度为320m，回采煤层为3#煤层，平均厚度6.7m，工作面采用综合机械化放顶煤回采工艺。

1.2 E1315沿空留巷初步支护设计

为了提高工作面煤柱回采率，E1315工作面与E1316工作面采用无煤柱回采工艺。E1315工作面在回采期间进行沿空留巷，E1315沿空留巷掘进时沿3#煤层底板布置，断面规格为宽×高=5.2×4.0m，巷道预留顶煤厚度为2.7m。E1315沿空留巷距E1315工作面煤柱0.5m处顶板进行切顶卸压并形成与工作面走向平行的切顶线。

图1 高河煤矿E1315工作面平面布置示意图

支护设计中E1315沿空留巷处顶板采用锚索、钢带、锚杆进行联合支护，每排施工6根长度为2.5m左旋无纵筋螺纹钢锚杆，锚杆与钢带配套使用，锚杆间距×排距=0.9×1.0m，锚索采用长度为6.0m预应力钢绞线，锚索间距×排距=1.8×3.0m；在距巷道切顶线0.3m处支设一排密集单体液压支柱并铺设金属网进行挡矸，单体柱支护间距为0.5m。

1.3 原支护设计存在问题

E1315工作面在前200m回采过程中，工作面架后0～150m范围内受采动及采空区压力影响，沿空留巷顶板出现下沉、破碎现象，80～95m处顶板出现局部漏顶，同时位于切顶线侧顶板三角煤柱出现局部垮落现象，顶板压力加大造成单体柱出现卸压，巷道整体向采空区侧下沉，两帮顶板最大位移差为0.4m，影响着工作面安全回采。

2 E1315沿空留巷顶板联合支护措施

由于E1315在回采期间架后0～150m范围内顶板压力最大，所以决定对架后0～150m范围内E1315沿空留巷顶板采取“移动式π型钢棚+走向恒阻锚索+三柱一梁门式钢棚”等联合支护措施。

2.1 架设移动式π型钢棚

（1）移动式π型钢棚主要由两节棚腿，一节π型顶梁以及行走底座组成，棚腿长度为4.0m，棚腿由液压系统控制可伸缩，伸缩行程在2.5～4.0m之间，π型顶梁长度为4.8m，每个行走棚腿底座安装四个高强度万向轮。

（2）移动式π型钢棚架设时与E1315沿空留巷垂直布置，钢棚间距为1.5m，一节棚腿紧贴E1316工作面侧煤柱布置，另一节棚腿安装在距切顶线0.4m处。

（3）两节棚腿架设稳固后再安装π型顶梁，顶梁与棚腿之间采用卡缆固定，相邻三架钢棚安装后在其上方铺设三根长度3.2m纵向工字钢梁，钢梁间距为1.5m，如图2所示。

（4）纵梁安装后操作棚腿液压系统，升起棚腿并使纵梁紧贴顶板，纵梁与顶板必须接触严实。

2.2 施工恒阻锚索

（1）E1315沿空留巷顶板共计施工两排恒组锚索，锚索采用长度为9.0m，直径为21.6mm高预应力钢绞线，恒阻器外径为72mm，恒阻器长度为500mm，最大允许变形量150mm。

（2）第一排恒阻锚索施工在距切顶线0.3m处，锚索沿巷道走向布置，锚索间距为1.0m，每5根锚索采用一根长度为4.5m“JW”型钢带连接，相邻两根钢带叠加布置。

（3）第二排恒阻锚索施工在距切顶线1.5m处，锚索沿巷道走向布置，锚索间距为2.0m，每3根锚索采用一根长度为4.5m“JW”型钢带连接，相邻两根钢带叠加布置，如图2所示。

（4）每根锚索配套型号为MSKC23/35型（一支）和MSK23/80型（两支）锚固剂，锚索锚固后在其下方依次安装“JW”型钢带、锚索托板以及型号为HZS35-300-0.5恒阻器，并采用TQ22-500/63型锚索张拉机进行预紧，预紧力不得低于28t。

2.3 架设三柱一梁门式钢棚

（1）为了提高采空区侧留空巷支护效果及挡矸效果，在距切顶线0.2m处架设一排门式钢棚，钢棚沿巷道走向布置。

（2）门式钢棚由三根单体柱及一节顶梁组成，钢棚宽度为3.0m，相邻单体柱间距为1.2m，相邻两架钢棚间距为0.5m。

（3）门式钢棚支设完后，在钢棚与采空区之间依次铺设规格为长×宽=3.2×2.0m双筋钢筋网以及风带。

图2 高河煤矿E1315沿空留巷顶板联合支护平面示意图（单位：mm）

3 应用效果

（1）E1315沿空留巷架设移动式π型钢棚，有效控制了顶板下沉现象，后期回采期间对巷道顶板观察发现，随着工作面推移在架后0～90m段顶板压力呈上升趋势，顶板下沉量逐渐加大，但采用密集π型钢棚后顶板最大下沉量为0.11m（89～92m处）且控制顶板破碎、冒顶现象，而在90～150m段顶板压力逐渐减小，架后120～150m段顶板及两帮应力达到平衡状态，顶板趋于稳定，原巷道支护设计满足支护要求，可从架后150m处逐渐回收移动式π型钢棚。

（2）在巷道采空区侧施工两排恒阻锚索及架设走向门式钢棚，对切顶线附近不稳定顶板进行悬吊、支撑，有效提高了顶板稳定性，在后期回采期间位于切顶线上方三角煤柱未出现垮落现象，有效解决了E1315沿空留巷因两帮支撑作用力不均衡，造成巷道两帮顶板形成较大位移差。与传统支设单体柱相比，一梁三柱门式钢棚更加稳固，挡矸效果更佳。

4 结束语

山西高河能源有限公司通过技术研究，对E1315沿空留巷顶板初步支护设计进行改进强化，采取“移动式π型钢棚+走向恒阻锚索+三柱一梁门式钢棚”等联合支护措施。实践证明，采取联合支护措施后，保证了沿空留巷顶板稳定性，降低了顶板下沉量，有效阻止了切顶线处顶板三角煤柱垮落，取得了显著成效，为其他无煤柱回采工作面沿空留巷支护提供实践经验。