文/王生彪

神東礦區(qū)開采區(qū)域煤層的典型賦存特點是埋深淺、基巖頂板較薄，表土覆蓋層較厚。淺埋深、薄基巖、厚上覆松散沙層的條件下，無煤柱開采還未有效實踐。隨著神東礦區(qū)的開發(fā)，沿空留巷技術(shù)已應(yīng)用成熟，兩順槽不留煤柱的開采技術(shù)還未嘗試。榆家梁煤礦針對開采的52煤層52402無煤柱孤島長壁綜采工作面（埋深75～145m），實踐了無煤柱開采技術(shù)，取得了成功。針對此次開采實踐，結(jié)合初采礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，進(jìn)行礦壓規(guī)律和覆巖移動規(guī)律的總結(jié)研究，為類似條件下綜采工作面無煤柱安全開采及其設(shè)備選型提供參考依據(jù)。

一、工作面概況

1.地質(zhì)條件

52402工作面地表為黃土溝壑區(qū)，起伏變化較大。距52402切眼245m向北上部層間距59～63m有43煤43309綜采面采空塌陷區(qū)。工作面地層是向北西傾斜的單斜構(gòu)造，傾角1°～3°，局部略有起伏；后生裂隙發(fā)育，斷層不發(fā)育。52402工作面頂?shù)装鍘r性特征如表1所示。

2.巷道布置

52402運輸順槽為工作面運輸巷、回風(fēng)巷，右側(cè)為52403工作面采空區(qū)，左側(cè)為實體煤；52402輔運為工作面進(jìn)風(fēng)巷、輔助運輸巷，左側(cè)為52401工作面采空區(qū)，右側(cè)為實體煤；52402回風(fēng)措施巷為工作面的專用回風(fēng)巷。

3.工作面兩巷情況

（1）運輸巷側(cè)沿空留巷。留52403工作面的回風(fēng)順槽作為52402工作面運輸順槽，留巷高度3.5m、寬度4.5m，巷旁支護(hù)采用C30柔?；炷翂w。切眼至留巷1200m，墻體厚度為1m，滯后單體支護(hù)一梁三柱，滯后支護(hù)80～100m；1200m后，巷道開始進(jìn)入上敷層煤護(hù)煤柱下，墻體厚度調(diào)整為1.2m，滯后臨時支護(hù)變?yōu)橐涣何逯?，滯后支護(hù)距離調(diào)整為120～150m。

表1 52402工作面頂?shù)装鍘r性特征表

巷道為錨網(wǎng)索支護(hù)，頂錨桿型號φ18×2100mm螺紋鋼、間排距1.1m×1m、一排4根，頂錨索型號φ17.8×8000mm，間排距1.5m×2m、一排3根。

（2）輔運巷側(cè)沿空掘巷。52401綜采工作面膠帶順槽超前工作面澆筑柔模混凝土墻體，混凝土強(qiáng)度C30、墻體厚度1m、墻高3.4m。

52402綜采工作面沿空掘巷，沿52401膠帶順槽留設(shè)的混凝土墻體不留煤皮進(jìn)行掘巷，巷道掘?qū)?.2m、掘高3.4m，墻體外側(cè)為52401綜采工作面采空區(qū)。巷道為錨網(wǎng)索支護(hù)，頂錨桿型號φ18×2100mm螺紋鋼、間排距1.1m×1m、一排5根，頂錨索型號φ17.8×6500mm，間排距1.5m×4m、一排5根，正幫選用φ18×1600mm的玻璃鋼錨桿+雙抗塑料網(wǎng)支護(hù)。

4.工作面支護(hù)

（1）特殊支護(hù)。工作面輔運采用3臺工作面內(nèi)同型號的支架作為超前支架。

（2）工作面支護(hù)設(shè)備。工作面長355.6m，實選207臺鄭煤機(jī)ZY-12000/20/40D型掩護(hù)式液壓支架支護(hù)。

移架的動作順序：降架→移架→升側(cè)護(hù)板→升柱。正常情況下，一律采用立即支護(hù)的方式支護(hù)，工藝流程：割煤→移架→推溜。在采煤機(jī)后滾筒3～5架外立即移架先支撐暴露的頂板，滯后采煤機(jī)后滾筒10～15m推溜。

二、壓力顯現(xiàn)情況

1.留巷與掘巷期間的巷道壓力顯現(xiàn)基本情況

（1）52403沿空留巷時巷道壓力顯現(xiàn)情況。

①混凝土強(qiáng)度達(dá)到了設(shè)計強(qiáng)度C30，混凝土強(qiáng)度增長滿足采高3.5m、日推采15m條件下礦壓顯現(xiàn)的要求。

②墻體壓力。觀測所得的墻體應(yīng)力為4.6MPa；考慮應(yīng)力集中等因素，取測力計最大值的70%所計算的墻體應(yīng)力作為參考，修正后的墻體應(yīng)力為17.8MPa，混凝土設(shè)計強(qiáng)度與墻體應(yīng)力基本匹配。

③頂?shù)装逡平?。滯后工作?0～150m時，巷道變形穩(wěn)定，滯后單體支護(hù)范圍為80～150m，壓力較小時滯后支護(hù)80m，壓力較大時滯后支護(hù)150m。

④錨索工作阻力最大達(dá)18.4噸，錨索受力加載比較平緩，且老頂厚，表明留巷頂板以整體變形為主。

⑤墻體錨栓受拉觀測結(jié)果。墻體在滯后工作面30m左右來壓，表明留巷頂板懸臂梁結(jié)構(gòu)在滯后工作面30m時發(fā)生二次破斷。

⑥總體來看，留巷壓力較小，沿空留巷周期來壓跡象不明顯，支護(hù)效果良好，巷道穩(wěn)定；留巷滿足作為50402工作面膠帶順槽的要求。

（2）52402沿空掘巷時巷道壓力顯現(xiàn)情況。

①墻體壓力。使用壓力檢測儀器對砼墻進(jìn)行檢測，分別設(shè)置1、2、3和4號墻體受測。經(jīng)檢測，距離工作面300m以內(nèi)時，墻體壓力變化較為明顯，表明圍巖活動劇烈程度較為明顯，但墻體沒有明顯結(jié)構(gòu)破壞，表明圍巖活動強(qiáng)度不是很大。

②錨索工作阻力。滯后工作面約300m以后時，錨索工作阻力基本穩(wěn)定，錨索最大受力達(dá)15噸。

③巷道變形。切眼至1550m，巷道變形較小，1550m至工作面貫通方向，煤幫片幫及頂板下沉較為明顯；巷道總體變形小，兩幫移近量約100mm，頂板最大下沉約100mm。

2.工作面回采期間壓力顯現(xiàn)基本情況

（1）礦壓顯現(xiàn)規(guī)律。

①強(qiáng)制放頂方案及效果。工作面推進(jìn)7m后，實施了深孔預(yù)裂爆破，工作面頂板全部冒落，支架后部充填嚴(yán)實。頂板垮落效果較好。

②初次來壓規(guī)律。52402綜采工作面初采期間，綜采工作面推進(jìn)到53m時，40#～110#支架段老頂突然來壓明顯，支架壓力明顯增大；隨著推進(jìn)至73m時，110#～207#支架段老頂突然來壓明顯，支架壓力明顯增大。得出，52402綜采工作面的初次來壓垮落步距為110#架至機(jī)頭段為53m，110#架至機(jī)尾段為73m（不含切眼）。

老頂初次來壓期間，工作面煤壁較軟，工作面及兩順槽煤壁有明顯片幫現(xiàn)象，運順、輔運柔模砼墻出現(xiàn)壓碎、鼓包，頂板下沉明顯達(dá)到200～500mm，兩端頭壓力明顯增大。

運順來壓周期步距為5m左右，每次來壓持續(xù)4m左右，壓力達(dá)到303～477bar，立柱安全閥開啟；柔模砼墻出現(xiàn)壓碎、鼓包，頂板下沉明顯達(dá)到200～500mm，兩端頭壓力明顯增大。

輔運來壓周期步距為4～10m左右，每次來壓持續(xù)1.6～3.2m左右，壓力達(dá)到303～510bar，立柱安全閥開啟；柔模砼墻出現(xiàn)壓碎、鼓包，頂板下沉明顯達(dá)到200～500mm，兩端頭壓力明顯增大。

兩順槽懸頂面積較大，不能及時垮落。

輔運3臺超前支架壓力顯現(xiàn)正常，沒有出現(xiàn)大于300bar的數(shù)值。

（2）礦壓顯現(xiàn)及巷道高度變化。

①工作面初次來壓。工作面推進(jìn)65m左右時頂板初次來壓，掘巷超前工作面3m處柔?；炷翂w自2.5m以上結(jié)構(gòu)破壞，破壞長度2m左右。滯后工作面采空區(qū)柔?；炷翂w結(jié)構(gòu)未完全破壞，采空區(qū)巷道懸頂約30m。

②工作面老頂來壓。工作面推進(jìn)距切眼135m處老頂來壓，動載系數(shù)為1.8。老頂來壓時沿空留巷超前工作面20m開始，墻體噴漿發(fā)生明顯片幫，超前工作面3m，混凝土墻體結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯破壞。沿空掘巷墻體超前工作面60m內(nèi)墻體噴漿發(fā)生小面積片幫，超前工作面3m，混凝土墻體結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯破壞。采空區(qū)墻體結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重，傾斜但未完全倒塌，巷道懸頂垮落。

首次老頂來壓時，工作面機(jī)頭段煤壁受采場支承壓力影響范圍為80m，煤壁片幫較為嚴(yán)重，工作面機(jī)尾段煤壁受采場支承壓力影響范圍為20m，煤壁片幫較為嚴(yán)重。未來壓時，工作面機(jī)頭段煤壁受采場支承壓力影響范圍為20～30m，機(jī)尾段片幫不明顯。

工作面支架壓力實時觀測系統(tǒng)顯示，首采老頂來壓期間，工作面液壓支架工作阻力平均為400～450bar。未來壓情況下，工作面液壓支架工作阻力平均為250～300bar。

③回采巷道高度變化。

沿空掘巷。超前工作面20m范圍內(nèi)，墻體噴漿大面積剝落，頂板下沉明顯，平均為400mm；超前工作面25～35m范圍內(nèi)緩慢下沉，平均為350mm；超前工作面35m以外，頂板下沉不明顯，巷道兩幫及頂板未被破壞。

沿空留巷。超前工作面10m內(nèi)，墻體結(jié)構(gòu)破壞較為嚴(yán)重，頂板下沉明顯，平均為600mm左右；超前工作面10～15m以外，頂板下沉不明顯，巷道兩幫及頂板未發(fā)生明顯破壞。

綜上分析，沿空掘巷超前工作面20～30m頂板開始有明顯下沉，沿空留巷超前工作面15m頂板開始有明顯下沉。

④工作面兩巷超前壓力顯現(xiàn)范圍及劇烈程度。

沿空掘巷。超前工作面20m范圍內(nèi)為應(yīng)力急增區(qū)：墻體噴漿大面積剝落，頂板下沉明顯，平均為400mm；超前工作面2 5～35m范圍內(nèi)為應(yīng)力升高區(qū)：頂板緩慢下沉，平均為350mm；超前工作面35m以外為應(yīng)力緩升區(qū)：頂板下沉不明顯，巷道兩幫及頂板未被破壞。

沿空留巷。超前工作面10m以內(nèi)為應(yīng)力急增區(qū)：墻體結(jié)構(gòu)破壞較為嚴(yán)重，頂板下沉明顯，平均為600mm左右；超前工作面10～20m以內(nèi)為應(yīng)力緩升區(qū)：頂板下沉不明顯，兩幫及頂板未發(fā)生明顯破壞。

3.留巷和掘巷圍巖結(jié)構(gòu)特征的不同對礦壓顯現(xiàn)的影響

留巷和掘巷在柔模混凝土墻體澆筑順序不同、成巷順序不同和采場上覆巖層破斷特征不同3個主要因素的共同影響下，導(dǎo)致留巷和掘巷圍巖結(jié)構(gòu)的不同，從而決定了其礦壓顯現(xiàn)特征，具體分析如下。

掘巷因為先澆筑柔?；炷翂w，墻體強(qiáng)度高、剛度大，相當(dāng)于上覆巖層斷裂時一側(cè)有強(qiáng)支撐，上覆圍巖破斷穩(wěn)定之后，再掘進(jìn)成巷。而留巷是先成巷，再在工作面后方老頂破斷之前澆筑柔?；炷翂w，在柔?；炷翂w的支撐下老頂破斷穩(wěn)定，相當(dāng)于在老頂破斷形成懸臂梁前，在中間施加了一強(qiáng)支撐，留巷整體支護(hù)剛度小于老頂沿墻體切斷的剛度，最后在采空區(qū)形成較長懸頂，即留巷圍巖結(jié)構(gòu)。

遵循綜采上覆巖層O-X破斷規(guī)律及上述留巷與掘巷在成巷順序?qū)е碌母矌r破斷特征不同，分析得出：留巷采空區(qū)懸頂長度相比掘巷采空區(qū)懸頂長度要長；留巷煤體內(nèi)的老頂破斷長度相比掘巷煤體內(nèi)的老頂破斷長度要小。

相應(yīng)的兩側(cè)支承壓力曲線表現(xiàn)為：

（1）留巷支承壓力從采空區(qū)懸頂斷裂處開始向工作面一側(cè)傳遞，更多的承受52403工作面采空區(qū)覆巖壓力，所以其支承壓力峰值偏向巷道頂部，且應(yīng)力峰值相比掘巷應(yīng)力峰值要高，曲線向工作面延伸的也遠(yuǎn)，而后恢復(fù)至原巖應(yīng)力。

（2）掘巷支承壓力從采空區(qū)懸頂斷裂處開始向工作面一側(cè)傳遞，因為掘巷采空區(qū)的懸頂長度較小，較少的承受52403工作面采空區(qū)覆巖壓力，且掘巷覆巖在煤體內(nèi)斷裂的較深，所以其支承壓力峰值偏向工作面深部且應(yīng)力峰值相比留巷應(yīng)力峰值要小，曲線向工作面的延伸相比留巷較近，而后恢復(fù)至原巖應(yīng)力。

所以，留巷的礦壓顯現(xiàn)表現(xiàn)為：回采時超前墻體結(jié)構(gòu)破壞較掘巷嚴(yán)重，頂板下沉明顯、頂板回轉(zhuǎn)變形較為明顯，墻側(cè)下沉比煤幫明顯，工作面煤壁片幫影響范圍較長；掘巷的礦壓顯現(xiàn)表現(xiàn)為：回采時超前正幫片幫相比墻體結(jié)構(gòu)破壞較為明顯，頂板變形表現(xiàn)為整體下沉，工作面煤壁片幫影響范圍較小。

三、結(jié)論

榆家梁煤礦52402工作面于2017年8月順利安全回采完畢。通過對榆家梁煤礦開采的52煤層52402無煤柱孤島長壁綜采工作面回采經(jīng)驗的研究，對工作面及順槽支護(hù)實踐進(jìn)行檢驗，并對礦壓顯現(xiàn)規(guī)律及支護(hù)效果進(jìn)行研究總結(jié)，取得的成功經(jīng)驗可為類似地質(zhì)條件下無煤柱綜采工作面的安全回采及其液壓支架選型提供參考依據(jù)。