文/王生彪

神东矿区开采区域煤层的典型赋存特点是埋深浅、基岩顶板较薄，表土覆盖层较厚。浅埋深、薄基岩、厚上覆松散沙层的条件下，无煤柱开采还未有效实践。随着神东矿区的开发，沿空留巷技术已应用成熟，两顺槽不留煤柱的开采技术还未尝试。榆家梁煤矿针对开采的52煤层52402无煤柱孤岛长壁综采工作面（埋深75～145m），实践了无煤柱开采技术，取得了成功。针对此次开采实践，结合初采矿压显现规律，进行矿压规律和覆岩移动规律的总结研究，为类似条件下综采工作面无煤柱安全开采及其设备选型提供参考依据。

一、工作面概况

1.地质条件

52402工作面地表为黄土沟壑区，起伏变化较大。距52402切眼245m向北上部层间距59～63m有43煤43309综采面采空塌陷区。工作面地层是向北西倾斜的单斜构造，倾角1°～3°，局部略有起伏；后生裂隙发育，断层不发育。52402工作面顶底板岩性特征如表1所示。

2.巷道布置

52402运输顺槽为工作面运输巷、回风巷，右侧为52403工作面采空区，左侧为实体煤；52402辅运为工作面进风巷、辅助运输巷，左侧为52401工作面采空区，右侧为实体煤；52402回风措施巷为工作面的专用回风巷。

3.工作面两巷情况

（1）运输巷侧沿空留巷。留52403工作面的回风顺槽作为52402工作面运输顺槽，留巷高度3.5m、宽度4.5m，巷旁支护采用C30柔模混凝土墙体。切眼至留巷1200m，墙体厚度为1m，滞后单体支护一梁三柱，滞后支护80～100m；1200m后，巷道开始进入上敷层煤护煤柱下，墙体厚度调整为1.2m，滞后临时支护变为一梁五柱，滞后支护距离调整为120～150m。

表1 52402工作面顶底板岩性特征表

巷道为锚网索支护，顶锚杆型号φ18×2100mm螺纹钢、间排距1.1m×1m、一排4根，顶锚索型号φ17.8×8000mm，间排距1.5m×2m、一排3根。

（2）辅运巷侧沿空掘巷。52401综采工作面胶带顺槽超前工作面浇筑柔模混凝土墙体，混凝土强度C30、墙体厚度1m、墙高3.4m。

52402综采工作面沿空掘巷，沿52401胶带顺槽留设的混凝土墙体不留煤皮进行掘巷，巷道掘宽5.2m、掘高3.4m，墙体外侧为52401综采工作面采空区。巷道为锚网索支护，顶锚杆型号φ18×2100mm螺纹钢、间排距1.1m×1m、一排5根，顶锚索型号φ17.8×6500mm，间排距1.5m×4m、一排5根，正帮选用φ18×1600mm的玻璃钢锚杆+双抗塑料网支护。

4.工作面支护

（1）特殊支护。工作面辅运采用3台工作面内同型号的支架作为超前支架。

（2）工作面支护设备。工作面长355.6m，实选207台郑煤机ZY-12000/20/40D型掩护式液压支架支护。

移架的动作顺序：降架→移架→升侧护板→升柱。正常情况下，一律采用立即支护的方式支护，工艺流程：割煤→移架→推溜。在采煤机后滚筒3～5架外立即移架先支撑暴露的顶板，滞后采煤机后滚筒10～15m推溜。

二、压力显现情况

1.留巷与掘巷期间的巷道压力显现基本情况

（1）52403沿空留巷时巷道压力显现情况。

①混凝土强度达到了设计强度C30，混凝土强度增长满足采高3.5m、日推采15m条件下矿压显现的要求。

②墙体压力。观测所得的墙体应力为4.6MPa；考虑应力集中等因素，取测力计最大值的70%所计算的墙体应力作为参考，修正后的墙体应力为17.8MPa，混凝土设计强度与墙体应力基本匹配。

③顶底板移近量。滞后工作面80～150m时，巷道变形稳定，滞后单体支护范围为80～150m，压力较小时滞后支护80m，压力较大时滞后支护150m。

④锚索工作阻力最大达18.4吨，锚索受力加载比较平缓，且老顶厚，表明留巷顶板以整体变形为主。

⑤墙体锚栓受拉观测结果。墙体在滞后工作面30m左右来压，表明留巷顶板悬臂梁结构在滞后工作面30m时发生二次破断。

⑥总体来看，留巷压力较小，沿空留巷周期来压迹象不明显，支护效果良好，巷道稳定；留巷满足作为50402工作面胶带顺槽的要求。

（2）52402沿空掘巷时巷道压力显现情况。

①墙体压力。使用压力检测仪器对砼墙进行检测，分别设置1、2、3和4号墙体受测。经检测，距离工作面300m以内时，墙体压力变化较为明显，表明围岩活动剧烈程度较为明显，但墙体没有明显结构破坏，表明围岩活动强度不是很大。

②锚索工作阻力。滞后工作面约300m以后时，锚索工作阻力基本稳定，锚索最大受力达15吨。

③巷道变形。切眼至1550m，巷道变形较小，1550m至工作面贯通方向，煤帮片帮及顶板下沉较为明显；巷道总体变形小，两帮移近量约100mm，顶板最大下沉约100mm。

2.工作面回采期间压力显现基本情况

（1）矿压显现规律。

①强制放顶方案及效果。工作面推进7m后，实施了深孔预裂爆破，工作面顶板全部冒落，支架后部充填严实。顶板垮落效果较好。

②初次来压规律。52402综采工作面初采期间，综采工作面推进到53m时，40#～110#支架段老顶突然来压明显，支架压力明显增大；随着推进至73m时，110#～207#支架段老顶突然来压明显，支架压力明显增大。得出，52402综采工作面的初次来压垮落步距为110#架至机头段为53m，110#架至机尾段为73m（不含切眼）。

老顶初次来压期间，工作面煤壁较软，工作面及两顺槽煤壁有明显片帮现象，运顺、辅运柔模砼墙出现压碎、鼓包，顶板下沉明显达到200～500mm，两端头压力明显增大。

运顺来压周期步距为5m左右，每次来压持续4m左右，压力达到303～477bar，立柱安全阀开启；柔模砼墙出现压碎、鼓包，顶板下沉明显达到200～500mm，两端头压力明显增大。

辅运来压周期步距为4～10m左右，每次来压持续1.6～3.2m左右，压力达到303～510bar，立柱安全阀开启；柔模砼墙出现压碎、鼓包，顶板下沉明显达到200～500mm，两端头压力明显增大。

两顺槽悬顶面积较大，不能及时垮落。

辅运3台超前支架压力显现正常，没有出现大于300bar的数值。

（2）矿压显现及巷道高度变化。

①工作面初次来压。工作面推进65m左右时顶板初次来压，掘巷超前工作面3m处柔模混凝土墙体自2.5m以上结构破坏，破坏长度2m左右。滞后工作面采空区柔模混凝土墙体结构未完全破坏，采空区巷道悬顶约30m。

②工作面老顶来压。工作面推进距切眼135m处老顶来压，动载系数为1.8。老顶来压时沿空留巷超前工作面20m开始，墙体喷浆发生明显片帮，超前工作面3m，混凝土墙体结构发生明显破坏。沿空掘巷墙体超前工作面60m内墙体喷浆发生小面积片帮，超前工作面3m，混凝土墙体结构发生明显破坏。采空区墙体结构破坏严重，倾斜但未完全倒塌，巷道悬顶垮落。

首次老顶来压时，工作面机头段煤壁受采场支承压力影响范围为80m，煤壁片帮较为严重，工作面机尾段煤壁受采场支承压力影响范围为20m，煤壁片帮较为严重。未来压时，工作面机头段煤壁受采场支承压力影响范围为20～30m，机尾段片帮不明显。

工作面支架压力实时观测系统显示，首采老顶来压期间，工作面液压支架工作阻力平均为400～450bar。未来压情况下，工作面液压支架工作阻力平均为250～300bar。

③回采巷道高度变化。

沿空掘巷。超前工作面20m范围内，墙体喷浆大面积剥落，顶板下沉明显，平均为400mm；超前工作面25～35m范围内缓慢下沉，平均为350mm；超前工作面35m以外，顶板下沉不明显，巷道两帮及顶板未被破坏。

沿空留巷。超前工作面10m内，墙体结构破坏较为严重，顶板下沉明显，平均为600mm左右；超前工作面10～15m以外，顶板下沉不明显，巷道两帮及顶板未发生明显破坏。

综上分析，沿空掘巷超前工作面20～30m顶板开始有明显下沉，沿空留巷超前工作面15m顶板开始有明显下沉。

④工作面两巷超前压力显现范围及剧烈程度。

沿空掘巷。超前工作面20m范围内为应力急增区：墙体喷浆大面积剥落，顶板下沉明显，平均为400mm；超前工作面2 5～35m范围内为应力升高区：顶板缓慢下沉，平均为350mm；超前工作面35m以外为应力缓升区：顶板下沉不明显，巷道两帮及顶板未被破坏。

沿空留巷。超前工作面10m以内为应力急增区：墙体结构破坏较为严重，顶板下沉明显，平均为600mm左右；超前工作面10～20m以内为应力缓升区：顶板下沉不明显，两帮及顶板未发生明显破坏。

3.留巷和掘巷围岩结构特征的不同对矿压显现的影响

留巷和掘巷在柔模混凝土墙体浇筑顺序不同、成巷顺序不同和采场上覆岩层破断特征不同3个主要因素的共同影响下，导致留巷和掘巷围岩结构的不同，从而决定了其矿压显现特征，具体分析如下。

掘巷因为先浇筑柔模混凝土墙体，墙体强度高、刚度大，相当于上覆岩层断裂时一侧有强支撑，上覆围岩破断稳定之后，再掘进成巷。而留巷是先成巷，再在工作面后方老顶破断之前浇筑柔模混凝土墙体，在柔模混凝土墙体的支撑下老顶破断稳定，相当于在老顶破断形成悬臂梁前，在中间施加了一强支撑，留巷整体支护刚度小于老顶沿墙体切断的刚度，最后在采空区形成较长悬顶，即留巷围岩结构。

遵循综采上覆岩层O-X破断规律及上述留巷与掘巷在成巷顺序导致的覆岩破断特征不同，分析得出：留巷采空区悬顶长度相比掘巷采空区悬顶长度要长；留巷煤体内的老顶破断长度相比掘巷煤体内的老顶破断长度要小。

相应的两侧支承压力曲线表现为：

（1）留巷支承压力从采空区悬顶断裂处开始向工作面一侧传递，更多的承受52403工作面采空区覆岩压力，所以其支承压力峰值偏向巷道顶部，且应力峰值相比掘巷应力峰值要高，曲线向工作面延伸的也远，而后恢复至原岩应力。

（2）掘巷支承压力从采空区悬顶断裂处开始向工作面一侧传递，因为掘巷采空区的悬顶长度较小，较少的承受52403工作面采空区覆岩压力，且掘巷覆岩在煤体内断裂的较深，所以其支承压力峰值偏向工作面深部且应力峰值相比留巷应力峰值要小，曲线向工作面的延伸相比留巷较近，而后恢复至原岩应力。

所以，留巷的矿压显现表现为：回采时超前墙体结构破坏较掘巷严重，顶板下沉明显、顶板回转变形较为明显，墙侧下沉比煤帮明显，工作面煤壁片帮影响范围较长；掘巷的矿压显现表现为：回采时超前正帮片帮相比墙体结构破坏较为明显，顶板变形表现为整体下沉，工作面煤壁片帮影响范围较小。

三、结论

榆家梁煤矿52402工作面于2017年8月顺利安全回采完毕。通过对榆家梁煤矿开采的52煤层52402无煤柱孤岛长壁综采工作面回采经验的研究，对工作面及顺槽支护实践进行检验，并对矿压显现规律及支护效果进行研究总结，取得的成功经验可为类似地质条件下无煤柱综采工作面的安全回采及其液压支架选型提供参考依据。