2802 工作面沿空留巷支护技术研究

南戟文

（潞安化工集团漳村煤矿，山西 长治 046032）

1 2802 工作面概况

某煤矿2802 工作面位于28 采区南部，东侧为28 采区大巷，南侧和西侧均为井田边界，北侧为480采区大巷三段。2802 工作面地面标高为931～1 020 m，煤层底板标高为397.6～480.3 m，采深465.65～602.2 m。工作面巷道布置情况如图1 所示。

图1 2802 工作面巷道布置平面图

1.1 工作面地质和地应力情况

根据2802 工作面煤层柱状图和《480 水平地应力特征研究报告》分析，2802 工作面开采煤层为3 号煤，赋存稳定，煤厚变异较小，煤层结构较简单平均厚度6.03 m，煤层倾角2°～6°，煤体强度平均值为13.78 MPa。直接顶为砂质泥岩，灰色，巨厚层状，含砂泥质结构，平均厚度为3.5 m，成份以黏土矿物为主，岩层强度38.72～60.53 MPa，强度平均值为55.52 MPa。老顶为细粒砂岩，浅灰色，巨厚层状，细粒砂状结构，成分以石英为主，长石头次之，平均厚度为5.51m，岩层强度在92.73～107.92 MPa，强度平均值为98.01 MPa。老顶上方有平均厚度8.7 m 的泥岩，和平均厚度3.44 m 的细粒砂岩。最大水平主应力方向集中在N45，E-N51。

1.2 工作面采煤方法

2802 工作面采用倾斜长壁低位放顶煤一次采全高综合机械化采煤方法，顶板管理为全部垮落法。

2 2802 进风巷补强支护方案

2.1 2802 进风巷原支护形式

进风巷采用矩形锚网支护，沿煤层底板布置。长度2 050 m，断面5.4 m×3.8 m，净断面积20.52 m2，排距1 m。

顶板支护：每排等间距布置7 根锚杆，间距800 mm，两肩角锚杆分距巷帮300 mm；锚索采用“3-2-3”形式布置，“3”即隔排锚杆架间巷中及两侧1 400 mm各布置1 根，“2”即隔排锚杆架间巷中两侧700 mm各布置1 根。

两帮支护：每排每帮等间距布置5 根锚杆，间距800 mm，两帮上、下部锚杆距顶底板均为300 mm。

2.2 2802 进风巷补强支护

2802 进风巷原巷顶板锚索支护强度不能够满足非对称三维采动岩体与巷旁支护体相互作用过程中的支护要求，顶板运动过程中煤帮易出现片帮或大变形，影响留巷稳定。必须对顶板进行锚索补强支护。加固范围为2802 切眼西帮至2802 停采线[1]。

2.2.1 沿巷道方向铺设双层菱形金属网护顶

菱形金属网尺寸为9 m×1 m，顺巷双排铺设在在顶板靠近回采侧帮2 000 mm 范围内，通过16 号铅丝将菱形金属网与巷道原顶网进行孔孔相联。

2.2.2 顶板锚索补强

锚索采用Φ22 mm、长度为8 300 mm，拉断载荷为582 kN 的1×19 股结构、延伸率7%的钢绞线，配套长×宽×厚=300 mm×300 mm×16 mm 的穹形多功能钢板托板。采用一支MSK2335 和三支MSZ2360锚固剂锚固，锚索初始张拉至250 kN。

补强锚索为“2-0-2”相间布置，在巷中和靠近回采侧帮500 mm 处各打设1 根锚索，排距2 000 mm、间距2 200 mm；每排打设2 根锚索。并且将补打的锚索钢筋梯梁连接，钢筋梯梁型号为Φ20-220-2400，锚索布置方式为“2-0-2”，与巷道原锚索形成“3-4-3”布置。

2.2.3 2802 进风巷切眼以西范围加固

2802 工作面回采前，在进风巷切眼以西至2801切眼范围内架设一梁四柱大板棚进行加固。

2.2.4 沿空留巷设备安装

2802 进风巷在工作面生产期间为进风巷道。因此，混凝土制备输送机组安装在进风巷超前支护段以外，并随着工作面的推进而前移。当工作面推进至超前支护段距离混凝土制备输送机组不足10 m 时，使用单轨吊将机组往东搬运至距离超前支护段200～250 m 范围的合适位置。安装时机组距离进风巷南帮保持不少于1 m 的距离。

混凝土制备输送机组东侧50 m 范围为建工材料和支护材料的存料区域，底板全部进行硬化。

在2802 进风巷超前支护段100 m 处安装一台激光器，用于校准柔模浇筑的直线度，激光方向与巷道中线平行。激光器距进风巷南帮2～3 m，避开进风巷超前支护的单体柱，回采期间根据巷道矿压显现情况及时进行校正，并随着工作面的推进定期前移。

3 沿空留巷支护方案

3.1 巷旁支护

2802 进风巷沿空留巷采用柔模混凝土浇筑墙体进行巷旁支护。柔模采用采用三维纺织结构柔性模板和对拉锚栓作为增强体，矿用高性能混凝土为基体的复合材料。

3.1.1 三维纺织结构柔性模板

采用陕西开拓建筑科技有限公司研制的煤矿用柔性模板，该模板由外部加筋纤维布和内部拉筋组成，为封闭的三维纺织结构，外形与支护体相同，是支护体的预成型体，其上设有自闭灌注口和固定装置。柔模宽度1.5 m，高度根据2802 进风巷巷高情况进行定制，长度3 m，部分长度2 m 和4 m 作为备用。柔性模板结构示意图，如图2 所示。

图2 柔性模板结构示意图

3.1.2 混凝土

采用满足自密实、早强、高强等要求的矿用高性能混凝土，混凝土强度等级不低于C40。

3.1.3 对拉锚栓

锚栓规格：杆体为25 号左旋无纵筋螺纹钢筋，钢号为500 号，杆体两端都设有螺纹，螺纹规格为M24，采用滚压加工工艺成型，螺纹长度不小于125 mm，杆体长度1 700 mm。

锚栓预紧力：墙体成型3 d 后，在留巷内通过扭矩扳手给锚栓施加300 N·m 的预紧扭矩。

3.1.4 防剪切加强钢筋托梁

横向钢筋托梁：采用Φ16 mm 圆钢双面焊接而成，长2 000 mm、3 000 mm、4 000 mm，分别适应2 m、3 m、4 m 长的柔性模板，宽80 mm，双拉筋，拉筋间距不大于300 mm。

纵向钢筋托梁：采用Φ16 mm 圆钢双面焊接而成，长3 500 mm、宽80 mm，双拉筋，拉筋间距不大于300 mm。

3.2 端头顶板管理

1）支架掩护梁和尾梁升平。2802 工作面PW1 号和PW2 号支架型号为ZFG12000/25/42，该支架在3.8 m 采高情况下掩护梁和尾梁能够升平。为了维护顶板完整性，防止顶板漏冒，支架支撑到位后，需要立即将掩护梁升起，确保掩护梁与顶板充分接触，支护有效。

2）在排尾支架和189 号架前方铺设双层经纬金属网，该金属网伸入巷内不少于500 mm。金属网采用8 号铁丝编织而成，规格为9 m×1 m，铺设长度覆盖4 组排尾支架和相邻的正规支架，金属网长边对接，上下两层错开500 mm，采用16 号铅丝联接，双丝双扣，孔孔相连。移架后金属网落地兜矸。

3）排尾架坚持每刀上大板，其中一根大板靠巷道一端与进风巷原南帮平齐，大板使用铁丝与顶网拴联牢固。另一根大板根据顶板情况铺设，顶板完好时可不铺设该大板。

3.3 采空区挡矸围护

待浇筑空间采用圆木点柱和单体柱进行围护。具体维护办法如下：

1）排尾架拉架后立即在柔模墙体前方南侧紧靠支架排尾支架尾梁处打设一根圆木点柱，支在露出的顶网上，露出的大板下方打设一根单体柱进行挡矸维护。单体柱向老塘侧方向倾斜角度控制在20°以内，柱头距离进风巷原巷顶板南帮侧不大于200 mm。如果单体柱挡矸效果良好，可减少或者取消圆木点柱。

2）在PW1 号支架后方露出的π 钢梁端打设单体柱进行支护，防止待浇筑区域顶板下沉形成坠包。单体柱支设在柔模墙体以南不少于200 mm 处，防止占用支挂柔模的空间。

3）柔模混凝土墙体浇筑完成后24 h 以后回撤支模单体柱，然后回收该模对应的挡矸维护的单体柱。单体柱回收以后尝试回收圆木点柱，如果圆木点柱已经压实则放弃回收。

4）为避免端尾老塘垮落挤占柔模浇筑空间，工作面生产期间，可根据现场顶板垮落情况，提前在PW1号～PW3 号架间打设Φ18.9×5 300 mm 锚索，配合8号槽钢托板进行超前加固，托板尺寸如图3 所示。

图3 槽钢托板示意图（单位：mm）

4 结语

通过对漳村煤矿2802 工作面沿空留巷支护方案与施工工艺的研究，不仅更好地保障了2802 工作面沿空留巷施工工作的顺利进行，而且也可为类似工况下的沿空留巷施工工作提供参考，达到了预期的研究目的。