第51卷第1期 2020 年 1 月
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Safety in Coal Mines
Vol.51 No.l
Jan. 2020
1)01: 10. 13347 / j. cnki. mkaq. 2020.01.013
李帅，王宏宇，魏庆龙，等.厚煤层切顶留巷散体帮挡矸支护技术现场试验研究[j].煤矿安
2020,51(0 : 56-59.
LI Shuai, WANG Hongyu, WEI Qinglong, et al. Field Test Study on Supporting Technology of Granular Re
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taining Gangue by Cutting Roof and Retaining Roadway in Thick Coal Seam[j]. Safety in Coal Mines, 2020, 51(1): 56-59.
厚煤层切顶留巷散体帮挡矸支护技术
现场试验研究
李帅、王宏宇2,魏庆龙：，侯世林：
(1.郑州煤矿机械集团股份有限公司，河南郑州4500()0;2.中国矿业大学（北京）深部岩土力学与地下工程国家重点
实验室，北京100083)
摘要：为了探究更为有效的散体帮控制方法，以柠条塔煤矿切顶留巷开采工业性试验为工程
背景，分别设计了 2种挡矸支护方案，并对2种方案支护条件下的散体帮移近量及侧向压力进 行了对比分析。结果表明：挡矸支护采用墩式护帮支架比单体斜撑侧向压力小且控制巷旁侧向 移近量效果明显。研究结果为切顶留巷开采过程中的散体帮变形控制提供了一种新的支护思路。 关键词：切顶留巷；厚煤层；挡矸支护；散体帮；移近量中图分类号：TD353 文献标志码：B
文章编号：1003-496X (2020)01-0056-04
Field Test Study on Supporting Technology of Granular Retaining Gangue by Cutting Roof and
Retaining Roadway in Thick Coal Seam
LI Shuai1, WANG Hongyu2. WEI Qinglong2, HOU Shiliir
.Zhengzhou Coal Mining Machinery Group Co., Ltd., Zhengzhou 450000. China;2.Stale Key Led)oratory for Geo-mechanics and
Deep Underground Engineering, China University of Mining and Technolog) , Beijing 100083, China)
Abstract: Based on the industrial test of cutting roof and retaining roadway mining in Ningtiaota Coal Mine, this paper designs
two kinds of sup[)〇iling schemes for retaining gangue, and c ompares and analyzes the deformation amount ol hulk body and lateral pressure under the two supporting schemes. The results show that the lateral pressure of the pier support is smaller than that of the single oblique support and the effect of controlling the lateral displacement of the roadway side is obvious. The research results provide a new support idea for the deformation control of the loose side in the process of roof—cutting and retaining roadway
Key words： cutting roof and retaining roadway； thick coal seam; retaining gangue support; granular; deformation amount
沿空留巷是无煤柱开采技术的重要发展方向之 一m。沿空留巷是通过巷内支护和巷旁支护,将巷道 保留下来，其优点有取消区段煤柱，减少资源浪费、 缓解采掘接续紧张、实现工作面Y型通风，避免工 作面上隅角瓦斯积聚的发生。但是，巷道经历掘 进及2次采动影响'存在顶板变形大，矿压显现强 烈、维护效果差等一系列问题，这严重制约了沿空 留巷技术的发展。针对沿空留巷所存在的不足，我 国学者在沿空留巷围岩控制方面做了大量的研究。 姜鹏飞等1• 56 •
过有限差分软件FLAC3\"对不同工作面
沿空留巷回采过程中，围岩、充填墙体及煤柱中的应 力、变形分布特征进行了研究,并提出合理的控制措 施。柏建彪等161介绍了巷旁支护技术的发展历程，提 出沿空留巷采用膏体材料进行巷旁充填及膏体材料 巷旁支护体主要参数的确定方法。华心祝等171提出 对沿空留巷要保留的巷道，应该从巷道掘进到留巷 及下个工作面回采期过程的支护设计与施工均应统 筹考虑。谭云亮等181提出了沿空巷旁支护适应性原 理，建立了“柔-强”组合巷旁支护力学结构模型，得 出了定量确定“柔-强”巷旁支护体分层厚度的方
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法。切顶留巷是i种新型的煤炭开采技术' 巷道开 挖及切顶作业破坏了巷道周围岩体中原始地应力的 平衡状态，围岩应力重新分布，并伴随着围岩的变 形与破坏1W1。采用切顶留巷技术后，巷旁由实体煤变 为松散矸石，围岩会发生变形以寻求稳定，而传统 锚杆支护在切顶留巷形成的散体帮中不能发挥锚固 作用。切顶留巷巷旁常采用单体支柱、u型钢和钢丝 网联合挡矸，而现有围岩控制研究多针对巷旁充填 式沿空留巷|n-'对切顶留巷散体帮控制技术缺乏 进一步探究因此，对比分析了 2种挡矸支护技 术，研究结果可为切顶留巷挡矸支护提供借鉴。1工程概况
切顶留巷开采位于柠条塔矿S120I工作面，所 采煤层为2-2煤。所采煤层属于侏罗系中统延安 组，厚度3.85~4.丨1 m,倾角0。~2。，埋深80~丨60 m。 工作面走向长3 010.3 m，倾斜长295丨1丨，采用一次 采全高、走向长壁后退式、综合机械化采煤，全部垮 落法管理顶板。切顶留巷工作面及巷道布置如图1。
2 344.
S12013工作面
S1201-丨1辅运巷（尤煤柱A成巷试验段）
S1201-丨辅运巷 S1201-II工作面i广j
线
采S1201-丨S120I 辅运运输巷# hl201-il-作 |自
S1201运输# (切顷留指试验段线
采S1203辅运巷 ） S1201工作曲
./A_.
图1试验工作面巷道平面布置图
Fig. 1 Layout of roadway in test face
无煤柱自成巷开采工作面位于柠条塔煤矿
S1201-1I工作面，所采煤层为2-2煤工作面倾向长 度280 m,走向长度2 344 m，可采储量336.7万t， 煤层厚度3.8卜4.35 m，煤层平均厚度4.1丨m，埋藏 深度90~165 m，煤层赋存稳定，煤层倾角近水平。2
散体帮挡矸支护技术
切顶留巷开采利用恒阻大变形锚索对巷道顶板 进行加固，支护完成后超前工作面沿工作面方向通 过双向聚能爆破技术对采空区侧顶板完成预裂切 缝，切断部分顶板的矿山压力，利用采空区顶板自重 及岩层压力，实现自动成巷和无煤柱开采|141。随着工 作面推进，要进行临时加强支护，并进行临时密集 挡矸支护。
挡矸施工过程中先用14#铁丝网将钢筋网和顶
网连接，网片尺寸3.8 mxl.l m,网格尺寸80 mmx 80 mm,在钢筋网外围架设U型钢，挡矸支护侧视图 如图2。
图2挡矸支护侧视图
Fig.2 Side view of gangue retaining support
U型钢通过卡揽连接2节U型钢，在一定大小 轴向荷载作用下可发生相对滑移，从而起到让压作
用，并抵抗一定大小的侧向压力。单体液压支柱和U 型钢是抗弯性能较好的挡矸材料,挡矸效果较好，挡 矸设备损坏情况两者相差不大^1。而单体支柱成本 高，且弯曲后容易报废，因此可以采用U型钢进行 挡矸作业。同时，根据支护效果，适当调整支护间 距，不仅经济而且支护效果满足要求。3
散体帮支护方案设计
为抵抗采空区顶板垮落前对巷道产生较大的压 力，以及采空区矸石垮落过程中产生的较大动压，根 据现场情况，提出2种挡矸支护方案。
1)方案I。单体斜撑+U型钢+金属网，通过斜撑 单体对采空区矸石产生侧向推力，实现挡矸作用，单 体挡矸支护示意如图3。单体斜撑会提供很大的抵 抗变形的力，防止巷帮鼓出，因此对于大采高，采用 单体斜撑是1种有效的防止帮鼓的方法。在S1201 工作面切顶留巷开采中进行试验。
图3单体挡矸支护示意
Fig.3Single pillar retaining support
2)方案2。墩式护帮支架+U型钢+金属网，墩式
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支架挡矸支护示意如图4。该墩式护帮支架既能在 竖直方向支撑巷道顶板，又能在水平方向承受矸石 侧向压力。墩式护帮支架单架最大竖向支撑力4 000 kN,由立柱提供切顶力，由顶梁和底座内部的侧 推千斤顶提供护帮力。在S1201-11工作面无煤柱自 成巷开采中应用。
图4墩式支架挡矸支护示意
Fig. 4 Diagram of suj)port of pier support for refuse retaining
4试验结果分析
通过对2种挡矸支护方案的现场试验，从巷旁
侧向移近量、巷旁侧向压力角度对比分析挡矸支护 方式的应用效果。4.1 侧向变形对比
分别在切顶留巷及无煤柱自成巷试验段对留巷 段不同位置布设监测点，选取切顶留巷、无煤柱自 成巷距离开切眼90 m处切缝侧向移近量进行分 析，侧向移近量随工作面推进变化曲线如图5。
160
图5
侧向移近量随工作面推进变化曲线
Fig.5 Curves of lateral approximation variation with working
face advancing
由图5可知，切顶留巷挡矸支护为单体斜撑+U 型钢+金属网，距离工作面140 m左右位置有侧向 移近量最大值150 mm，侧向移近量趋于稳定，则散 体帮处于稳定状态。无煤柱自成巷挡矸支护为墩式• 58 •
护帮支架+U型钢+金属网，侧向移近量变化不明 显，最大移近量值为20 mm。可以看出，采用墩式护 帮支架挡矸比使用单体挡矸支护在控制巷旁侧向位 移方面效果明显。
4.2挡行装备侧向受力对比
切顶留巷巷道采空区侧布设侧向压力监测点, 压力计安装时通过锚索托盘、金属网与采空区矸石 接触，选取距开始留巷位置80 m的2#测站进行侧 向压力分析。同样地，在无煤柱自成巷试验段碎石 帮侧布置侧向压力传感器进行监测，选取距开切眼 90 m的N4测站顶底板移近量进行分析。侧向压力 随工作面推进变化曲线如图6。
----切顶留巷
一无煤柱自成巷
0 50 100 150 200 250 300
距工作面距离/m
图6侧向压力随工作面推进变化曲线
Fig.6 Lateral pressure variation curves with working face
advancing
由无煤柱自成巷散体帮N4测站侧向压力监测 结果可以看出，前60 m范围内，由于距工作面较 近，受采动影响大,采空区顶板发生垮落，散体帮侧
向压力急剧上升，之后增长缓慢，在滞后工作面150
m左右，采空区矸石在上覆岩层的压力作用下逐渐 被压实，侧向压力趋于稳定。在距工作面150 m以 后，采空区垮落矸石基本压实并形成新的稳定结 构，使得碎石帮受力达到平衡。
切顶留巷侧向压力变化规律与前者相似，但是 其侧向压力均大于墩式护帮支架压力，可以看出，墩 式护帮支架支护比单体支护更能够抵抗采空区顶板
垮落对巷道产生的压力和矸石垮落过程中产生动压。5
结论1)
针对散体帮特性，设计了 2种挡矸支护方案，即“单体斜撑+U型钢+金属网”、“墩式护帮支架+可 伸缩U型钢+金属网”,并开展了现场试验。
2)
通过对挡矸装置侧向压力及侧向移近量分
析，得出墩式支架是I种有效的散体帮支护方式，能
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够防止散体帮在未压实状态向巷道鼓出，控制巷旁 侧向移近量。参考文献：
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(收稿日期：2018-丨丨-0丨；责任编辑：朱蕾）
(上接第55页）
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作者简介：董承秀（丨979—），女，山东英才学院建工学 院副教授，在读博士研究生，主要研究方向为建筑结构。
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(收稿日期：20丨8-08-01;责任编辑：朱蕾）
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