复合顶板沿空留巷承载机理与支护技术研究.doc

复合顶板沿空留巷承载机理与支护技术研究王凯1,左垒安1,朱焕然1,张富楼1,李同训1（1.山东能源新矿集团赵官能源有限责任公司，山东齐河251113）摘要赵官煤矿属于薄煤层开采，采掘接替紧张，实施沿空留巷技术能够实现以秆换煤，提高 煤炭资源回收率，降低万吨掘进率、吨煤成本，从根本上改善矿井采掘接续的紧张局面，对煤 矿的发展具有巨大的促进作用所以尽快开展复合顶板沿空留巷承载机理与支护技术研究，通 过该研究总结出沿空留巷复合顶板的运动规律，对制定沿空留巷支护措施提供理论依据与指导, 进行了有益的实践探索关键词薄煤层开采；沿空留巷；复合顶板；支护技术Research of bearing mechanism and support technique ofcomposite roof in gob-side entry retaining.WANG Kail, ZHU Huan-ranl, ZHANG Fu-loul, LI Tong-xunl, LI Kel(1. Shandong energy new mines group zhao guan energy limited liability company, Jihe, Shandong, 251113, China)Abstract Zhao Guan coal mine mining thin coal seam, mining shortage, implementation of roadway along goaf technology can realize to gangue coal change, improve the recovery rate of coal resources, reducing the tunneling rate of ten thousand tons, ton coal cost, fundamentally improve the mining continued tensions, on coal mine development has tremendous stimulative effect. So as soon as possible in compound roof roadway along goaf the bearing mechanism and supporting technology research, through the research and summary of gob-side entry retaining compound roof movement law, to formulate the gob-side entry retaining support measures to provide the theoretical basis and guidance, to undertake beneficial exploration and practice.Key words Thin coal seam mining； Roadway along goaf； Composite roof； Supporting technology赵官煤矿目前开采的七层煤煤厚仅有1.2m, 属于薄煤层开采，采掘接替紧张，实施沿空留巷技 术能够实现以肝换煤，采煤工作面无煤柱开采，提 高煤炭资源回收率，减少巷道掘进量，提高了万吨 掘进率，降低吨煤成本，从根本上改善矿井采掘接 续的紧张局面对煤矿的发展具有巨大的促进作用。

1沿空留巷承载机理与支护技术研究方案沿空留巷上部顶板矿压力学表现是进行支护 设计的基础，支护设计包括沿空留巷顶板支护及留 巷侧巷旁支护［“］1.1顶板宏观表现煤层开采后采空顶板的活动跟支护状况有关 采面过后支撑顶板会使顶板岩层折断，这一过程决 定于支护方式和支护强度与一般的回采巷道相比 沿空留巷具有不同的特点，留空巷道的一侧是煤体 层,另一侧是巷旁支护体，与此同时,还要承受两次 强烈的采动和掘进时候产生的叠加应力的作用，造 成剧烈的矿压显现，这些特点决定了这一技术的复 杂性，加上沿空巷道的围岩变化是非常复杂的顶 板离层和老顶折断理论可以方便的说明沿空巷道 后支撑墙体结构和强度对巷道稳定性的影响1.2顶部微观表现掘进期间稳定平衡微量离层回采超前动压影 响，掘进支护图1表不回米巷道生命周期米面米面 米面•:曲爭y :鼻卜卑采 掘进期何 而 税宦平新 微疑离壮回只超前 采 妙压影响 面图1沿空巷道生命周期全过程Fig.l Gob entire process life cycle1.3顶板力学表现静力平衡过程：在掘进过程中，刚暴露的顶板 会具有向巷道内部移动变形的趋势，这时候顶板还 是处于原岩状态，内部没有明显的裂隙和层理离 层。

在经历数小时后，顶板开始产生较大位移，顶 部岩层离层开始产生明显裂隙，这种微小的离层裂 隙是一般支护都无法阻止的掘进过程中这种岩体位移的新的平衡一般需 要数天到数月甚至更长的时间一般岩体能够在一 个星期达到一个相对平衡在动压平衡的几个阶段中，每一个过程都是对 支护体系的一次考验1.4巷旁充填体作用机理鉴于回采工作面顶板岩层运动规律、沿空留巷 围岩变形、巷旁支护体变形以及支护体载荷的变化 都与回采工作面的周期来压有关系回采工作面后 方20m范围内，巷道围岩变形速度较大；当周期 来压引起工作面后方基本顶弧形三角板失稳时、巷 道围岩及巷旁支护体产生剧烈变形，支护体承受载 荷也剧烈增加，这个区域一般在工作面后方20~ 40m范围内巷旁支护体有效维护巷道，关键是要有足够的 支护强度及适量的可缩量，足够的支护强度能够及 时切落采空区侧足够高度的顶板岩层，使更上位岩 层得到采空区冒落肝石及侧向煤体支撑，同时，适 量的可缩量满足直接位于巷道上方的岩层服从控 顶高度以上岩层的旋转下沉，防止在顶板岩层旋转 下沉时被破坏，实现控顶载荷向侧向煤体及采空区 冒落肝石转移因此，沿空留巷巷旁支护作用机理 为：%1 巷旁支护体应具有早期强度高、增阻速度快 的力学特性，紧随工作面构筑，及时支护直接顶， 控制巷道围岩变形，与巷内支护共同作用，确保巷 道内直接顶不破碎、避免与上部基本顶离层，并切 断采空区侧的直接顶，减小巷旁支护体所承受的载 荷。

支护体切落顶板岩层需要的支护阻力决定于巷 道围岩条件、基本顶厚度及抗拉强度、直接顶厚度、 沿空留巷参数、工作面采高以及煤层倾角、开采深 度、巷道支护等1 回采面的推进，必然引起基本顶破断、失稳、 剧烈沉降，在基本顶破断时巷旁支护体的支护阻力 应达到切顶阻力，切断采空区侧基本顶，减小巷旁 支护体载荷垮落的肝石由于破碎后体积增大，当 充填满采空区时，更上位岩层在肝石及煤体的支撑 作用下，取得运动的平衡，巷道围岩变形趋于缓和 并稳定下来，所以采高、肝石的碎涨系数决定巷旁 支护体的切顶高度；另外，巷旁支护体应具有一定 的可缩量，对上位岩层在取得平衡之前的急剧沉降 有较好的适应性1 巷道围岩运动稳定后，巷旁支护体具有的支 护阻力为后期支护阻力，其大小应能够维持巷道上 方已切断岩层的平衡，同时将巷道顶板下沉量控制 在设计范围内，一般后期支护阻力小于切顶阻力 1.5巷内基本支护根据现场生产地质条件，综合应用锚杆支护围 岩强度强化理论和计算机数值模拟研究确定沿空 留巷锚杆、锚索支护参数，重点加强顶板和留巷后 实煤体帮的支护，在留巷一帮使用传统支护（锚杆 加托盘），在另一帮采用锚杆加钢带加托盘加强支 护采用树脂药卷加长锚固、高强度螺纹钢锚杆和锚 索加强支护。

对复合型顶板采用高强度预应力锚杆 +W型钢带+锚索桁架联合支护，锚杆、W型钢带 以加固刚性梁作用为主，锚索桁架是对顶板进行深 部锚固而产生强力悬吊作用和相之叠加，组合形成 一个新岩层，这个新岩层厚度和刚度层间抗剪强度 成倍增加，使顶板得到有效控制1.6巷内加强支护沿空留巷在受到工作面采动影响期间及采后 留巷期间，巷道围岩活动强烈、尤其顶板下沉量较 大大量观测结果表明，沿空留巷顶板活动强烈的 范围在上区段工作面前方20m、工作面回采后方 100m范围内，因此，上区段工作面前方20m、后 方100m范围内需要采用加强支护，加强支护可以 采用单体液压支柱或专门研制的支架工作面准备 留巷的巷道，巷道采用锚带网、锚索支护，锚杆为 020X2000伽金属全螺纹钢高强锚杆，配挂用8 #铁丝制作，8.0X 1.0 m2的菱形金属网①23X350 伽型树脂药卷2.5支/眼，锚杆间排距800X800 nun, 金属托盘采用屈服强度大于235Mpa的钢材或球墨 铸铁制作，①110mm,厚度8mmo留巷巷道的上 （下）帮采用锚网带支护，上帮采用锚杆为①18 X 1700 mm金属全螺纹钢等强锚杆和垂直顶板打二 孔W钢带支护，锚杆间排距800X800 mm,在顶板 肩窝处和底板底角沿着倾角25。

打锚杆，中间锚 杆垂直与上帮打即可，1704运输巷平巷成对布置 两根锚索，排距3m布置，间距1.5m,锚索采用① 17.8X6500mm的钢绞线，托盘为自制的工字钢托 盘1.7关键技术1704轨道巷采用锚网带作为基本永久支护， 支护材料采用①22mm><2200mm金属全螺纹钢等强 锚杆，金属全螺纹钢等强锚杆配异型托盘锚杆垂 直巷道顶板，顶板采用10#金属菱形网（规格： 1150mmx4500mm> 1150mmx3700mm）> M 钢带（规 格：M-145-3.25-4300/3300mm）,每根配两块 Z2833 树脂锚固剂加长锚，锚固长度不得低于700mm, 锚杆锚固力70kN以上，拧紧力矩不低于400N -mo 顶板采用5根锚杆，其间排距为800mmx 1000mmo 两帮同样采用①22mmx2200mm金属全螺纹钢等强 锚杆，锚杆配W型护帮钢带和双抗网（规格 1000mmx6000mm> 1300mmx3400mm）支护，顶角 锚杆必须向巷道顶板倾斜，与水平夹角为20-300, 底角锚杆必须向巷道底板倾斜，与水平夹角为 40-500,使用偏心盘，每根锚杆配二块Z2833树脂 锚固剂加长锚固，锚固长度不得低于700mm,煤 中锚杆锚固力70kN以上，岩石中锚杆锚固力 130kN以上，拧紧力矩不低于400N • m。

上下帮 锚杆间排距均为800mmx 1000mmo为了有效阻止 1704轨道巷采用锚带网支护后的顶板下沉等巷道 变形，采用点式锚索加强对顶板的应力控制在轨 道巷顶板中央布置一列锚索加固，锚索偏向上帮侧 3〜50安设，列距1.95m,用槽钢相联，锚索长度根 据围岩完整性程度及复合顶厚度选择6m锚索：一 般选用高强度、低松驰（II级）粘结式1x7钢绞线 其技术参数如下：直径17.8mm；每米重量1.102kg； 级别 270K；强度 1860N/mm2；截面积 140mm2； 延伸率三3.5%；最低破断负荷260kN；执彳亍标准 ASTMA416-90G；锚固剂选用中速Z2833树脂锚固 剂，每根锚索使用五块树脂锚固剂，锚固长度不得 低于1.5m；托盘强度要与锚索强度相匹配；槽钢 应选用20#以上槽钢，材料极限强度不低于 350MPa；锚索外露长度不得超过150mm；锚索孔 深 5.7m2仪器安装及矿压监测2.1矿压观测仪器2.1.1工作面矿压观测仪器工作面矿压观测所采用的仪器、仪表主要由 KJ216型顶板动态实时监测计算机系统和电 脑圆图仪等仪器分布在工作面上部、中部、下部 三个测区，共10条测线。

2.1.2轨道巷矿压观测仪器轨道巷矿压观测所采用的仪器、仪表主要由单 体柱压力连续记录仪，墙体应力计，多点位移计，， 单体柱检测仪，表面位移观测等2.2矿压观测数据分析。