沿空留巷技术在伯方煤矿中的应用研究

王建强 秦 超

（山西兰花科技创业股份有限公司伯方煤矿分公司，山西 晋城 048000）

伯方煤矿在3#煤层3308 工作面回采完成后，拟在3307工作面、3309工作面采用小煤柱沿空留巷。但由于留小煤柱沿空掘巷，受临近采空区侧向支承压力影响，巷道变形量大，维护困难，在回采阶段需对3308 工作面两顺槽加强支护，保证采空区侧向支承压力影响下巷道围岩变形在可控范围，为后期小煤柱开采时的合理煤柱尺寸留设以及3307、3309 工作面顺利回采创造安全条件。

1 工作面概况

3308 工作面是三盘区第一个沿空留巷工作面，煤层赋存条件较好，倾角在1°～7°之间，煤层平均厚度为5.41m。工作面倾向长度是210m，走向长度1900m。基本顶为平均厚度16.65m 的由碎屑、石英、白云母组成的粗砂岩，紧密结实；直接底为平均厚度3m 的细砂岩；基本底为平均厚度 2.7m 的泥岩，上部有细砂岩。以“两进一回”的布置形式沿煤层顶板掘进3 条巷道，巷道布置示意图如图1所示。

图1 巷道布置示意图

2 沿空留巷工艺技术

通过分析工作面覆岩关键块的稳定性可知：在二次采动的影响下，由于块体断裂而产生的大结构仍能保持稳定状态，直接顶和留巷顶煤的悬臂结构是否能承载较大压力是影响综放作业面留巷稳定性的关键因素。通过对顶板实施锚索补强加固措施，增强其自由端支撑，保证悬臂结构在较大的承载力下不出现弯曲，使其具备满足要求的可靠性。除此之外，通过加强悬臂梁的固支端即开展煤壁侧补强支护作业，从而加强悬臂梁的承载性，具体实施方法如下：

（1）膜袋加固。在不断推移的回采作业过程中，上部覆岩下沉就会产生向下的压力，这个压力逐渐施加在巷旁充填体，并且基本顶会发生破断回转，会产生需要巷旁充填体直接承载的侧向压力。在双重压力下，工作面后方产生的支撑压力变得更高，严重影响充填体的承载力和完整性，需要制定能够增强充填体稳定性和强度的合理的方案措施：将螺纹钢对拉钢筋于充填作业前布置到充填膜袋内，钢筋在充填液体凝固了以后就需施加侧向约束力，从而提升充填体的稳定性和强度。拉钢筋布设如图3所示。

图2 对拉钢筋布设示意图

（2）“超前单体+铰接顶梁”支护。实施“单体液压支柱+铰接顶梁”的支护方案，在超前作业面 20m 区域范围内布置以加强支护。采用1.2m 长的铰接顶梁，使超前支撑压力对留巷产生的影响最大限度的缩减，从而达到增强巷道安全性和稳定性的目的。“超前单体+铰接顶梁” 支护布置图如图4 所示。

（3）顶板锚索补强。在留巷顶板再次打设锚索，每一排新增3 根锚索，采用2m 的间距，且与之前的锚索交错布置。其中1#、2#和3#锚索分别布置在作业面煤帮、充填体正上方和距帮壁1m 处。1#、2#和3#均采用直径22mm 的锚索，其长度分别为5.3m、8.3m 和8.3m。锚索布置示意图如图5 所示。

图3 “超前单体 + 铰接顶梁”支护布置图

图4 锚索布置示意图

（4）针对在3308 工作面回采后极容易出现顶板垮落岩块现象，借助于废旧的36U 型钢材质的柱腿搭设于巷道上方，以此来防止顶板垮落岩块进入巷道。同时，将菱形网提前布设在液压支架的上方，并搭接在巷道顶板的铁丝网上，起到挡矸的作用。36U 型钢柱腿示意图如图 6 所示。

图 5 36U 型钢柱腿示意图

3 实施效果分析

在充填体安置型号为GPD30 应力感应装置，测量和记录充填体的应力，绘制应力曲线如图7 所示。分析图7 应力曲线可知：充填体内部所承受的压力随着工作面间隔的增加而缓慢增加。压力在作业面后方10m 处开始出现变化，推进至80m 时，压力开始走向平稳，且内部压力≤4MPa。总之，工作面顶板在回采作业过程中慢慢下沉，而充填体受到挤压压缩增阻，对顶板起到很强的支撑作用，使顶板变形在可控范围内，充填体始终保持良好的完整性和稳定性，且可压缩性和设计强度满足使用要求。

图6 应力曲线

在33088 工作面回采期间，临时采取木垛、加密点柱等方式对支护情况进行强化，实现对巷道变形的有效控制。结合观测的数据统计：回采期间，整条巷道的顶板最大下沉量为200mm，平均下沉量在90mm 左右。因此，采用膜袋加固、“超前单体+铰接顶梁”支护、顶板锚索补强等措施可有效抵制采空区侧向压力的影响，控制留巷的变形。

4 结语

伯方煤矿在3#煤层开采过程中，根据实际情况开展留巷工艺的研究和应用，找出合适矿井地质条件的沿空留巷工艺，从而助力矿井向高效益、更安全方向发展。