平煤十二矿己14-31070工作面沿空留巷技术实践

党 敬

(平煤股份公司 十二矿，河南 平顶山 467000)

1 工程概况

平煤集团十二矿己14-31070 工作面井下位于三水平上部，工作面倾斜长度150 m，走向可采长度为570 m，开采煤层为己14煤层，属于保护层开采工作面，煤层厚度为0～1.2 m，平均厚度为0.5 m，平均倾角为5.5°，煤层赋存较为不稳定，存在局部尖灭的现象，顶板岩层为细砂岩和中粒砂岩，底板岩层为砂质泥岩和细砂岩，具体顶底板岩层特征如图1所示。己14-31070 工作面采用沿空留巷技术，己14-31070 工作面进风巷为沿空留巷巷道，巷道沿煤层底板掘进，掘进断面为梯形，掘宽×掘高=4.8 m×3.4 m，为保障沿空留巷工程顺利实施，特进行沿空留巷方案设计。

图1 顶底板岩层柱状

2 沿空留巷围岩控制方案

2.1 巷道掘进期间支护

巷道在掘进期间采用锚杆+钢带支护，顶板锚杆采用左旋无纵筋锚杆，参数为D20 mm×2 200 mm，间排距为650 mm×700 mm；帮锚杆采用等强锚杆，参数为D20 mm×2 000 mm，其中高帮和低帮的锚杆间排距分别为650 mm×700 mm和750 mm×700 mm；锚杆采用树脂锚固剂进行端头锚固，预紧力为300 N·m，巷道表面采用网孔规格为40 mm×40 mm的8号钢筋网进行护表，钢带采用M5型钢带，巷道支护如图2所示。

图2 巷道掘进期间支护断面(mm)

2.2 回采期间补强支护

1) 巷旁充填体。本次沿空留巷作业，巷旁充填材料为C30混凝土，充填材料主要包括425号普通硅酸盐水泥、细砂和石子，设置充填体宽度为2.4 m。

2) 留巷内锚索补强。在工作面回采期间，巷道在原有支护的基础上进行补设锚索，巷道断面内补设3根锚索，每隔两排锚杆补设一排锚索，补设锚索采用低松弛预应力1×7股钢绞线，参数为D21.8 mm×7 500 mm，间排距为1 500 mm×1 400 mm，锚索锚固采用树脂药卷加长锚固，每孔采用2支Z2360和1支K2335树脂锚固剂，锚固力为200 kN，预紧力为90 kN，补强锚索在超前工作面100 m前完成，具体补强锚索布置如图3。

在回采前进行留巷待充填区域顶板加固，由于留巷顶板为较为坚硬致密，对待充填区域顶板加强支护时，主要在工作面端头支架前方进行，断面内补设四根锚杆和一根锚索，锚杆采用左旋无纵筋螺纹钢锚杆，参数为D20 mm×2 200 mm，间排距为850 mm×1 000 mm，设置预紧扭矩为300 N·m，锚索采用低松弛预应力1×7股钢绞线，参数为D21.8 mm×7 500 mm，排距为1 000 mm，预紧力为90 kN，待充填区域锚杆锚固方式采用端头锚固，锚索采用树脂药卷加长锚固，待充填区域补强支护如图3。

图3 巷内及待充填区域补强支护断面(mm)

3) 临时加强支护。在工作面回采动压影响下，巷道围岩的矿压显现较为剧烈，由于巷道后方充填墙体刚浇筑完毕，基本起不到支撑作用，且该阶段覆岩顶板会旋转下沉，存在把充填墙体压坏的情况，故综合矿压规律[1-2]，确定对工作面后方200 m范围进行加强支护；另外结合工作面回采期间超前支承压力的分布规律可知[3-4]，超前支承压力影响区主要为超前工作面40 m的区域。

工作面超前40 m范围内采用一梁三柱的支护方式，即一根π型梁下支设3根单体柱，π型梁长度为3 m，单体柱分别布置在距离回采帮0.6 m、1.6 m和3.6 m的位置处；留巷区域滞后工作面200 m区域临时支护同样采用一梁三柱的支护方式，具体临时支护断面布置如图4所示。

图4 沿空留巷临时支护示意(m)

3 沿空留巷效果分析

为验证分析己14-31070 工作面沿空留巷的实施效果，在留巷滞后工作面17 m的位置布置巷道表面位移监测站，在超前工作面100 m的位置处布置锚杆(索)受力监测站，随着工作面回采作业的进行，持续进行监测，并基于监测结果进行分析，得出沿空留巷期间巷道表面位移特征及留巷内锚杆索受力状态。

1) 巷道表面位移特征。在工作面回采期间，根据矿压监测数据得出测站表面位移与距工作面距离间的关系曲线，如图5所示。

图5 工作面回采期间巷道表面位移曲线

由图5(a)可知，工作面回采期间，留巷顶底板移近量随着滞后工作面距离的增大而逐渐增大，其中顶板下沉量变形主要发生在滞后工作面17～80 m的范围内，当测站滞后工作面80 m后顶板下沉速率逐渐降低，留巷顶板逐渐趋于稳定。留巷底板岩层由于较为软弱，同时受到采掘用水的浸泡，致使其变形速度较大，变形周期较长，当测站滞后工作面200 m后，底板仍存在着一定的变形速率，观测期内顶底板最大移近量为357 mm，其中底板鼓起量占到71.7%，顶板下沉量占到28.3%。

由图5(b)可知，留巷两帮变形量主要发生在滞后工作面17～120 m范围内，当测站滞后工作面120 m后，两帮变形速率开始逐渐下降，变形速率基本在2.5 mm/d的范围内，两帮变形逐渐趋于稳定，在观测期间内两帮的最大移近量为252 mm，其中实体煤帮的变形量为156 mm，混凝土充填墙体的变形量为96 mm，实体煤帮的变形量占主要部分，占两帮变形量的61.9%。

2) 锚杆索受力分析。工作面回采期间，针对实体煤帮锚杆、顶板锚索的受力状态进行长期监测，由于实体煤帮锚杆在超前工作面100～63 m范围内，锚杆的受力基本未出现变化，故现主要分析在超前工作面63～5 m范围内的受力曲线，如图6(a)所示，同理顶板锚索在超前工作面100～82 m范围内，锚索受力基本未发生变化，故针对顶板锚索的受力主要分析其超前工作面82 m至滞后工作面165 m范围内的受力曲线，如图6(b)所示。

由图6(a)可知，实体煤帮锚杆在超前工作面63～0 m范围内，锚杆的支护阻力基本保持在6.4～13.5 kN范围内，锚杆受力在距离工作面约41 m的位置处出现明显的增阻现象，支护阻力在距离工作面19 m的位置处达到峰值状态，支护阻力为13.5 kN，据此可判断出工作面超前支承压力的影响范围约为工作面前方41 m；随着工作面的进一步推进，在采动影响下托盘下方的岩体出现被压碎的情况，致使出现支护阻力下降的现象。

由图6(b)可知，当工作面推进至与工作面的距离小于4 m时，顶板锚索的受力开始逐渐增大，锚索在滞后工作面28 m的位置处达到最大值，其值为45.4 kN，测站在滞后工作面28～85 m范围内，锚索受力处于稳定状态，随着工作面进一步推进，在顶板压力作用下，锚索出现分束现象，进而致使锚索的支护阻力出现下降的现象。

图6 工作面回采期间锚杆(索)受力曲线

综上可知，工作面回采期间，巷道顶底板移近量中底鼓量占到主要部分，且底板变形速率相对较大，变形周期较长，两帮变形量以实体煤帮的变形为主，充填墙体的变形相对较小，巷道滞后工作面120 m后围岩变形会逐渐区域稳定，围岩整体变形量较小；锚杆索受力正常，工作面超前支承压力约为超前工作面41 m，满足沿空留巷巷道的使用要求。