综采工作面沿空留巷支护技术研究应用

李庆飞

（山西潞安化工集团有限公司司马煤业有限公司，山西 长治 047105）

1 概述

司马煤业1306 工作面位于三采区南部，北部为实体煤，南部为1307 工作面采空区，东部为三采区辅助大巷，西部为村庄保护煤柱边界。工作面可采长度 592.6 m，切眼长度 220 m。1306 工作面回采3#煤层，均厚 7.01 m，平均倾角 3°，见表1。

为减少下一个工作面掘进工程量，决定对1306轨道巷进行留巷，作为下一个工作面的轨道巷使用。

2 切顶卸压护巷技术[1-5]

2.1 切顶卸压护巷作用

随工作面推采距离的增加，采空区直接顶上部的亚关键层悬顶面积也随之加大，当周期来压步距叠加到一定数量时，亚关键层悬顶有一个垮落过程，对沿空留巷围岩有一个滞后压力显现的过程，从而造成不同程度的破坏，所以需超前工作面对亚关键层进行预裂切顶卸压爆破。亚关键层按预设垮落，减少采空区悬顶面积，降低对沿空留巷的威胁，是降低滞后压力显现对沿空留巷威胁的一个有效措施。

2.2 布孔方式

沿1306 轨道巷回采侧肩角布置一排炮孔，为了防止爆破损伤顶板、顶板离层或锚固失效，根据现场实际情况，确定钻孔位置紧靠回采侧800 mm处。钻杆直径50 mm，钻头直径56 mm，炮孔直径60 mm，炮孔与水平面夹角（炮孔倾角）β=70°，布置间距为3.0 m。

2.3 炮孔长度计算

1306 工作面顶煤和顶板矸石完全充满采空区的冒落高度计算为19.98 m，所以1306 工作面轨道巷顶板上方垂直高度21.0 m 范围内岩层为主要弱化对象。炮孔长度L=Mz·sinβ（Mz为围岩冒落高度，以弱化层厚度进行计算，为21 m；β为炮孔夹角，70°），通过计算可得L=21sin70°=19.73 ≈20 m。

2.4 单孔装药量及装药结构

1）装药量。切顶卸压单孔装药长度14 m，封孔长度8 m，单孔装药量Q=q×l（q为每米装药量，1.0 kg/m；l为装药长度）。通过计算，单孔装药量Q=q×l=14 kg。如图1。

图1 切顶卸压孔布置及装药结构示意图

2）装药结构。爆破切顶卸压孔采用孔底不耦合连续装药方式，爆破孔长度为22 m，每个炮孔内安装8 根聚能管，每根聚能管长度为2.0 m，药卷填装在聚能管内，每个聚能管采用Φ60 mm 钻孔用定位块定位确保爆破聚能方向与设计预裂方向一致。

3 沿空留巷段支护技术

3.1 挡矸支架护矸

1306 工作面回采后，在工作面端头支架后方安装ZRL11620/25/42 型沿空留巷挡矸支架，对留巷段采空区侧顶板进行支护。该支架为两架一组迈步自移式，主要由顶梁、伸缩梁、掩护梁、底座、四连杆、单摆杆、立柱、推移千斤顶、侧推千斤顶、拉紧千斤顶、底调千斤顶、控制系统等部件组成。具体技术参数见表2。

表2 ZRL11620/25/42 型沿空留巷挡矸支架技术参数表

3.2 柔模墙体支护

1306 工作面回采后，在沿空巷采空区侧采用柔模墙体支护，防止采空区矸石涌入留巷段内，隔绝采空区有害气体。

1）柔模墙体的柔性模板采用封闭的三维纺织结构，主要由外部加筋纤维布和内部拉筋组成，封闭空间采用高性能混凝土充填，充填后的结构体具有抗压、封堵等性能。

2）每个柔性模板充注混凝土后成矩形立体结构，充注后高度为4.5 m、宽度为1.5 m、长度为3.0 m。每块模板充注后采用三排对拉锚杆固定，每排4 根，锚杆布置间距为0.9 m，排距为0.75 m，锚杆长度为1.7 m，直径为22 mm，如图2。

图2 1306 工作面沿空留巷段支护示意图（mm）

3）柔模浇筑主体包混凝土配比为石子、砂子、水泥、专用外加剂及水，接顶包为砂子、水泥、专用外加剂及水，水泥和砂子按照2:1 的比例强度配比浇筑。

4）由于包内的周边料稠、中间料稀且水分大，混凝土中部下陷造成顶板与墙体接顶时是两侧的线接触而不是面接触，顶板来压易造成墙体顶部侧向剪切损坏现象，所以需进行加压接顶施工。柔模浇筑接顶包时，要采用注、停间隔时间的方法浇筑，每注0.5 m³料时停注1～3 min 透水，直至柔模接顶包注满，以四角展开为准。接顶模板注满后，继续等待柔模透水2 min，再泵送一个行程，泵送量在0.3～0.5 m³。

3.3 超前工作面临时加强支护

1306 工作面超前工作面50 m 范围内，沿巷道走向采用“单体液压支柱+π 型长梁”方式进行临时加强支护。两侧棚距为0.9 m，正中间棚架间距为1.8 m，每排4 根单体液压支柱，π 型梁体长度为4.4 m，单体液压支柱型号为 DW40-250/110X。每根单体液压支柱应穿设柱鞋，挂设防倒绳。

3.4 滞后工作面临时加强支护

1）沿空留巷后在滞后工作面200 m 范围内，垂直巷道走向采用“单体液压支柱+π 型长梁”，一梁三柱方式，靠近柔模墙一侧顺巷打设单体柱π型钢棚，进行临时加强支护。棚距为0.9 m，每排4根单体液压支柱，π 型梁体长度为3.8 m。

2）第一根单体液压支柱距墙体0.1 m，第二根单体液压支柱距墙体0.7 m，第三根单体液压支柱距墙体1.5 m，且这三根单体液压支柱统一向煤柱侧倾斜 3°（第一根单体液压支柱的柱角直接顶在墙体下部）。第四根单体液压支柱距墙体3.2 m，且向采空区侧倾斜 3°布置。

4 应用效果

1306 工作面于2021 年9 月12 日已回采450 m，沿空留巷长度为440 m，通过与传统安装挡矸帘相比取得了以下显著应用成效：

1）围岩稳定性好。通过对留巷段围岩观察发现，沿空巷采取切顶卸压以及柔模等支护后，留巷段整体稳定性好，在工作面后方150 m 范围内处于采空区顶板垮落影响，巷道顶板出现局部下沉，但是未出现锚杆（索）失效现象。

2）挡矸、封堵效果好。与传统挡矸帘相比柔模墙体支护强度高，能够有效阻挡采空区矸石，同时封堵效果好，实测沿空巷内瓦斯平均浓度为0.1%，其他有害气体均控制在允许浓度范围内。

3）支护成本费用低。传统挡矸帘支护时，每米需安装一卷挡矸水泥毯、2 架挡矸支架以及布置2 架锚索吊棚。挡矸水泥毯成本为0.62 万元/卷，挡矸支架成本为0.24 万元/架，每架锚索吊棚成本为0.14 万元/架，总支护费用为1.38 万元/m。采用柔模墙支护时每米支护成本费用为0.17 万元，支护成本费用低。

4）支护效率高。1218 工作面留巷段采用挡矸帘支护时，每班需5 人配合施工，每天支护长度不足6 m，工作面每回采2 d 需停采一次，支护效率低，严重影响工作面高效回采。采用柔模墙支护时，每班安排2 人支护即可，每天最大支护长度达14 m，支护效率高，劳动作业强度低。

5 结语

1306 工作面采用切顶卸压后能够及时阻断采空区应力传递通道，采空区顶板沿切顶线实现了全部按预设垮落，避免了因顶板垮落导致沿空留巷顶板剥离破坏。对沿空留巷采取柔模墙体支护，提高了沿空留巷围岩稳定性，起到了支护、隔绝等作用。切顶卸压、柔模支护等技术在沿空留巷中具有显著的应用成效，具有很好的推广应用价值。