“110工法”条件下综采工作面复合顶板沿空留巷矿压规律研究

常昭昭

（陕西双龙煤业开发有限责任公司，陕西 黄陵 727306）

0 引言

沿空留巷实际上是一种固定的支护回采巷道，多被应用在矿山开采的相关工作之中，一定程度上可以提升整体的施工效果与质量[1]。在综采工作中，部分复合顶板的设计与布置一般会使用传统的方式，预留出单向的巷道，结合开采矿的发育状况，逐渐作出对应的调整，以此来确保最终施工的效果[2]。这种施工方式虽然可以完成预期的开采目标，但是对于沿空留巷矿压的变化控制能力较弱，也极容易导致矿压变化不规律，影响矿内施工安全。因此，结合110工法，针对综采工作面复合顶板沿空留巷矿压规律进行研究与分析[3]。

110工法可以简单概括为1个工作面、1条巷道和0个煤柱，主要利用跳采的方式，将施工的平衡性逐渐扩大，最大程度避免采空区侧矿体的回采动压。降低整体的影响面积，确保施工的稳定与安全[4]。将110工法应用在矿压规律的研究工作之中，可以更好地将施工区域进行均等划分，同时，沿空留巷对施工资源进行最大限度回收，避免矿产资源丢失[5]。过程中可以采用顶板定向切缝技术，110工法中NPR恒阻大变形锚索支护技术等对采矿区域进行定性的探索、施工，逐步获取矿压的变化数值及信息，实现规律总结、验证，为该技术的进一步发展应用提供借鉴[6]。

1 实验概况及准备布设

本次主要是结合110工法，对综采工作面复合顶板沿空留巷矿压规律进行分析和研究。为确保测试结果的稳定性与可靠性，选择较为真实的测试环境。以双龙煤矿201综采工作面作为主要的目标对象，将二盘区首采工作面作为测定的核心点，该工作面实际上位于二盘区大巷的北侧，处于井田的边界位置，这部分的矿产区域目前并未开采，测定出回采工作面的实际埋深为330～190 m[7]。地面与回采用面之间的标高设定为+1 020～+1 170 m以内。该项工程共布置了3条沿空留巷道，2条运输进风巷以及1条边缘回风巷[8]。为提升矿压规律的研究精准度，可以先对辅助运输两侧的边缘巷道标定，同时进行切顶、卸压沿空留巷，具体如图1所示：

图1 边缘巷道采掘结构图示

根据图1，可以完成对边缘巷道采掘结构的设计与构建。随后，在标定的环境下，划定此时有效巷道的整体长度为1 910 m，可采长度为1 760 m，为提升整体的采掘效果，布设巷道为菱形或者矩形，与主运输顺槽形成关联，搭接辅助顺槽为承接面，顶板沿空留巷的回风巷规格为5.0 m×2.9 m，利用锚索的形式关联支护结构，同时调整矿区支护切眼的规格为7.0 m×2.9 m[9]。该工程的预设施工周期为1 a，开采矿区主要是以细粒砂岩为主，测定的厚度一般为3.25～6.65 m之间，内部存在石英、长石等，质地坚硬，普氏系数为2～4，种类较多，至此完成对工程概况的简述及测试环境的布置。

2 实验过程

在对综采工作面复合顶板沿空留巷矿压规律分析研究之前，需要先进行采掘节点的布设。针对于矿区节点的布设，一般是采用分散模式的，尽量扩大实际的监控区域，确保采掘位置的动态变化，便于实时数据的采集和信息的获取。将201充填工作面后方搭建一个辅助液压支架，测定随工作面推进变化产生的动态化规律，承压支架上布置3台KJ216-F型顶板压力监测分站，此时，将各个区域的监测节点与其形成关联，完成支架的编号，营造局域监测网。在日常的工作之中，一旦综采工作面出现异常，表明矿区的压力出现变化，利用节点获取实时数值，并构建采掘节点的布设结构，具体如图2所示：

图2 采掘节点布设位置图示

根据图2，可以完成对采掘节点布设位置的设计与调整。结合110工法，在运输巷侧向增设1号支架，为了提升整体的矿压规律监测精度，还需要以此增设3号前架、3号后架、15号后架、24号前架、40号前架以及44号后架等，根据复合顶板沿空留巷外部压力的变化情况，采用在线传输的监测方式，将节点获取的数据逐一汇总整合，传输至KJ216-F型顶板压力监测分站，存储在线测量系统之中。但这部分需要注意的是，为降低矿压规律监测范围，需要定期调整复合顶板的沿空留巷覆盖面积，并利用监测节点，测定出瞬时阻力，为后续对矿压规律分析提供参考依据。

在完成对采掘节点的布设之后，结合矿区的施工标准，进行矿压指标数据、信息的基础观测。通常情况下，针对于不同的矿区，一般会选择配比指数较高的充填材料对矿区空置区域进行填充，以此来确保施工过程中的稳定与安全。利用扫描仪器，对矿区的不同位置进行扫描，同时将获取的数值信息汇总整合。

采用横向掘进的方式，在矿区两侧的边缘位置加置承压顶板，与后方的沿空留巷形成关联空间。但是这部分需要注意的是，部分矿区的采场受到外部压力较大，这也就极容易导致顶板压力随之增加，对采掘推进的面积以及空间形成变化，根据顶板的移动规律以及受力特征，测定出矿区的支护阻力，结合110工法，布设一个工作面和一个传输信道，进行多方向测算，具体见表1：

表1 矿区支护阻力测算表

根据表1，可以完成对矿区支护阻力的测算与分析。与此同时，在标定的范围之内，利用膏体充填开采与普通综采工作面，加强对采空区顶板以及沿空留巷控制，尽量将压力控制在合理的范围中，随着工作面不断回采，设定一个悬臂梁的辅助结构，当长度达到一定值后，测定此时的矿压数据、信息，如果超出合理的范围，极容易出现周期性断裂、垮落等问题，加大巷道变形的程度，增加矿区的压力。

在基础支护结构中，对承压点和顶板沿空留巷进行重力支撑，利用U型钢设计可伸缩支架，结合110工法，支护结构中核心的工作面、巷道以及煤柱作为测定标准，确保此时矿体的受力状态保持平衡，但是前后受力的结构存在差异，具体如图3所示：

图3 110工法下顶板承压支架受力情况图示

根据图3，可完成对顶板沿空留巷承压支架受力情况的分析与研究。此时，可以测定出顶板的承压情况，并计算出荷载值，具体如公式1所示：

式中：H为顶板实时荷载值；β为承压倾斜距离；a为弯折空间；i为伸缩次数；q为顶板的水平回转压缩；ζ为顶板厚度。通过上述计算，最终可以得出实际的顶板实时荷载值。根据顶板荷载力的变化情况，设定沿空留巷的空间。当顶板支架受到水平运动的影响时，对应的回转区域也会逐渐向矿区的采空位置倾斜，在支架的辅助作用下，结合矿压的变化情况，设定支架的伸缩距离，具体见表2：

表2 110工法承压支架伸缩距离设定表

根据表2，可以完成对110工法下承压支架伸缩距离的设定与调整。利用U型钢支架，可以在特定的环境下，尽量阻挡矿区或者矿洞对应的外部压力，避免对矿压规律的测定结果造成影响。以此为基础，在矿区的综采工作面复合顶板沿空留巷安装承压锚索，与煤柱形成水平关联，大致为3个位置：弧形帮侧、巷道中部以及采空区测，设定4个测试周期，每3天为1个周期，计算出每一个周期锚索的受力值，具体如公式2所示：

式中：Y为锚索受力值；n为位移距离；x1为最大移近量；x2为最小移近量；r为叠加应力。通过上述计算，最终可以得出实际的锚索受力值。在不同的阶段中，锚索的受力值也会发生对应的变化，煤柱的高度也需要作出调整。此时，结合前期留巷、后期留巷观测获取的数据，进行矿压的比照分析，具体见表3：

表3 前期留巷、后期留巷数据表

根据表3，可以完成对前期留巷、后期留巷数据的分析与了解。将测试的矿区前后期矿压数值进行汇总，并设定3个测试阶段，每一个阶段矿区均存在压力变化，根据综采工作面位移距离的变化，计算测定出3个阶段的挡矸压力值，具体如公式（3）所示：

式中：U为挡矸压力值，C为移位侧向距离，R1表示承压移位量，R2表示动态化移位量，表示巷帮回转距离。通过上述计算，最终可以得出实际的挡矸压力值。结合挡矸压力值在3个矿采区域的变化情况，结合110工法，总结矿压的变化规律。

3 测试结果分析

结合上述测定，最终可以得出实际的测试结果，具体见表4：

表4 测试结果比照分析表

根据表4，可以完成对测试结果的分析，针对于挡矸压力值的变化情况，以图示的形式研究，具体如图4所示：

图4 矿压变化规律分析曲线图示

根据图4，可以完成对测试结果的分析：经过3个阶段的测试与验证，可以得知矿压的变化与综采工作面的间距存在直接联系，随着综采工作面距离的不断增加，挡矸压力的变化值也会随之增加，反之，如果综采工作面距离减少，挡矸压力的变化值也会随之降低，总体呈现出正比例的矿压变化规律。

4 结束语

由于传统的综采工法不能明确沿空留巷矿压的变化规律，因此本文对“110工法”条件下综采工作面复合顶板沿空留巷矿压规律展开研究。

1）110工法可以从整体上对顶板沿空留的变动情况进行测定，针对获取的数值、信息，在标定的留巷期内，计算出矿压的相关数值，并对存在的变化规律进行总结。

2）110工法自带的支护模式，一定程度上也可以提升矿采工作整体的效率，缩小矿压规律的变化误差，进一步确保测定结果的精准、可靠，为后续的工程处理奠定基础条件。

3）在110工法的辅助之下，经过对挡矸压力值变化情况的测定以及顶板巷道的移位间距，能够得知矿压的实时变化与移位间距存在正向的关联；综采工作面扩大，顶板沿空留巷的移位间距也随之增大，此时的挡矸压力的变化值也会随之增加；反之，综采工作面缩小，顶板沿空留巷的移位间距也随之减小，此时的挡矸压力的变化值也会随之下降，致使矿压出现正向的变化规律。