闫晋峰，高 峰，罗厚林

(1潞安化工集团 常村煤矿，山西 屯留,046102；2陕西开拓建筑科技有限公司，陕西 西安 710054)

目前柔模混凝土沿空留巷在我国煤层厚度0.8～7.0 m条件的矿井中进行了广泛应用，留巷效果好，取得了良好的经济社会效益。潞安集团各大矿井地质条件适合进行沿空留巷项目，且沿空留巷技术已经相对成熟，为各矿井解决了实际问题。经过多年研究以及留巷经验，留巷巷道的帮鼓量、底鼓量已得到有效的控制，但是留顶煤工作面的顶板剪切现象时常发生。目前常村矿已经完成S5-16工作面柔模混凝土沿空留巷项目，在留巷过程中，经过现场勘察发现部分顶煤破碎严重，顶板下沉剪切严重[1]。根据现场实际情况，分析顶板下沉剪切原因，在2107工作面实施柔模混凝土沿空留巷项目时提出顶板加固支护方案，并严格按照支护方案实施。通过采用该支护方案后的顶板实际情况和矿压监测数据与S5-16工作面柔模混凝土沿空留巷项目的实际情况和矿压监测数据对比可知，该优化支护方案能有效解决特厚留顶煤工作面顶板破碎和下沉剪切问题。

1 工程概况

2107工作面布置在3号煤层三盘区，工作面设计长度349.44 m，回采推进长度329.44 m。回采3号煤层，煤层平均厚度6.28 m，含两层0.01 m厚的夹矸。直接底平均厚度4.31 m，为细粒砂岩；老底平均厚度8.40 m，为粉砂岩；伪顶平均厚度1.24 m，为泥岩；直接顶平均厚度2.585 m，为中粒砂岩；老顶平均厚度10.07 m，为细粒砂岩和粉砂岩互层。工作面采用倾斜长壁、后退式综合机械化低位放顶煤全部垮落采煤法，采高3.2±0.1 m，放煤高度3.08 m。循环进度0.8 m，日循环进度3.2 m，工作面作业方式为“三八”制作业。2107工作面平面示意见图1。

图1 2107工作面工程平面

2 顶板支护设计方案

结合2107综放工作面轨道巷地质条件以及原有的顶板支护情况，通过前期沿空留巷暴露的问题，提出优化支护方案，即在原支护基础上进行加强支护，原有的锚(杆)索+钢筋梯子梁+护表锚索支护优化为长短锚索+W型钢带和双钢筋梯子梁组合+回采侧双层菱形金属网加强护顶支护，以增加顶板承载力，保证来压时不会大幅度下沉剪切，满足留巷复用要求[2]。

2.1 顶板铺网设计

原支护铺设的护表金属网除外，在顶板靠近回采侧2 000 mm范围内，沿巷道纵向方向再铺设由10号铁丝编制的双层菱形金属网加强护顶，网孔边长40 mm，每隔300 mm采用16号铅丝将金属网连为一体，双丝双扣，隔孔相连，网片搭接宽度不小于100 mm。

2.2 顶板锚索支护设计

1) 长锚索支护参数。锚索型号：索体为D22 mm、1×19股高强度低松弛预应力钢绞线，延伸率不小于7%，钢绞线强度等级为1 860 MPa，锚索长度不少于9 300 mm。

锚索布置：采用5-4-5相间布置，每排布置5根锚索时，距回采侧帮400 mm处打设第1根锚索，锚索间距1 300 mm，其中第1根和第2根锚索通过W型钢带组合连接，排距2 000 mm；每排布置4根锚索时，距回采侧帮700 mm处打设第1根锚索，锚索间距1 500 mm，其中第1根和第2根锚索通过W型钢带组合连接，排距2 000 mm。

W型钢带+钢筋梯子梁：W钢带与钢筋托梁全焊在一块，增加组合支护体强度。①一种由4根D16 mm的Q235圆钢焊接而成的双钢筋托梁，长度1 900 mm，宽度220 mm；W钢带长度1 800 mm、宽度280 mm，型号为WD280-3-1800，钢带孔距1 300 mm，两端各富余250 mm。②另一种由4根D16 mm的Q235圆钢焊接而成的双钢筋托梁，长度2 100 mm、宽度220 mm；W钢带长度2 000 mm，宽度280 mm型号为WD280-3-2 000，钢带孔距1 500 mm，两端各富余250 mm。两种型号W钢带与钢筋托梁组合见图2和图3。

图2 W型钢带+双钢筋梯梁加工示意(mm)

图3 W型钢带+双钢筋梯梁加工示意(mm)

钻孔参数：采用锚索钻机打设锚索钻孔，锚索钻杆为B19钻杆，钻头直径28 mm。锚索钻孔深度9 000 mm，锚索露出顶板300 mm。锚索角度：全部垂直顶板煤岩面打设。锚固方式：锚索锚固采用4支MSZ2350树脂药卷锚固。锚索托板：采用高强度拱形可调心托板及配套锁具，锚索托板尺寸为300 mm×300 mm×16 mm，托板高度不低于60 mm，中心孔径比钢绞线公称直径大2～4 mm。托板材质为Q235钢材，承载能力不低于550 kN。锚索锁具应与所选用的钢绞线的规格和强度相匹配，其承载力不小于索体的极限破断力。

锚索预应力：预应力是锚杆(索)支护的关键因素，只有高预应力的锚杆(索)支护才是真正的主动支护，才能发挥锚杆(索)支护的作用。锚索初次张拉力不小于300 kN，稳定后不小于250 kN。

2) 短锚索支护参数。为了防止回采过后，拟浇墙体上部顶煤垮落，造成墙体上部空顶，需在墙体上部采用短锚索代替锚杆，控制顶煤[3]。

短锚索参数：锚索为直径22 mm，1×19股的高强度低松弛预应力钢绞线，延伸率不小于7%，锚索长度4 300 mm，极限破断拉力为580 kN。

锚索托盘：采用高强度拱形可调心托板及配套锁具。尺寸为300 mm×300 mm，高度不低于60 mm，厚度不小于16 mm，中心孔径比钢绞线公称直径大2～4 mm。托板材质为Q235钢，锚索锁具应与所选用钢绞线的规格和强度级别相匹配，其承载能力不小于锁体极限拉断力，锚索尾部加防护装置。

锚固方式：采用两支锚固剂，规格为MSZ2350，锚固长度为1 500 mm，预紧力≥300 kN，均垂直顶板打设。

布置方式：与巷道锚杆齐平，每排布置4根短锚索，距回采侧帮300 mm打设1根短锚索，短锚索间距1 800 mm，排距1 000 mm。4根短锚索均垂直顶板煤岩面打设[4]。2107轨道巷道优化后的支护平面见图4。

图4 2107轨道巷道优化支护(mm)

3 工程实践

2107工作面轨道巷道留巷全长约330 m，在留巷压力较大区域出现轻微的顶板破碎现象，留巷整体效果较好，见图5。在留巷100 m处布置矿压监测点，2107工作面严格按照该顶板支护方案实施。在S5-16工作面进行柔模混凝土沿空留巷时，在距切眼约100 m处布置矿压监测点[5-6]。S5-16工作面监测点(距切眼100 m)和2107工作面监测点(距切眼100 m)的围岩收敛数据统计见图6、图7。

图5 2107工作面效果

图6 S5-16工作面测点围岩收敛变形量

通过矿压监测数据对比得出：在S5-16工作面进行柔模混凝土沿空留巷项目时，在围岩收敛变形中主要表现为顶板下沉剪切，底鼓量达到200 mm左右，其他3项相对顶板下沉量，均在正常范围内。

严格实施顶板支护方案后，围岩收敛变形控制在90 mm范围内，主要体现在顶板下沉和底鼓上。相对于S5-16工作面留巷围岩变形量数据，顶板下沉量减少近一半。常村煤矿2107工作面使用该支护方案达到了减少顶板下沉量的目的，满足后期留巷复用要求。

图7 2107工作面测点围岩收敛变形量

4 结 语

常村煤矿2107工作面轨道巷道采用长短锚索+W型钢带和双钢筋梯子梁组合+回采侧双层菱形金属网加强护顶支护，以增强巷道顶板的强度。通过将S5-16工作面布置的测点实际测量数据和2107工作面使用该顶板支护方案的测点实际测量数据对比，围岩变形量由最大200 mm降低到90 mm以内，表明该顶板优化支护有效控制了顶板乃至整个围岩变形量，减少了沿空留巷巷旁支护体与顶板的剪切现象，保证了沿空留巷技术顺利开展。