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沿空留巷顶板下沉规律与控制

文档作者：李旭锋文档来源：山煤集团煤业管理有限公司晋东南分公		点击数：	更新时间： 2025年04月26日
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2018年第lI期(总第158期)
协濠占芋钍
ENERGY AND ENERGY CONSERVATION 2018年11月
沿空留巷顶板下沉规律与控制
李旭锋
(山煤集团煤业管理有限公司晋东南分公司，山西长子046600)
摘要：在分析沿空留巷覆岩移动特征的基础上，构建顶板下沉量计算经验公式，并对其公式有效性进行验证，最后
根据自身经验对如何减小顶板下沉量提出了针对性措施，希望能为矿井综合效益的提升提供参考。
关键词： 沿空留巷；顶板下沉；规律；控制
中图分类号： TD353 文献标识码： A 文章编号： 2095—0802一(2018)Il一0009—02
Roof Subsidence Law and Control in Gob—side Entry Retailling
L|Xufena
(Jindongnan Branch Company，Coal lndustⅣManagement Co．，Ltd．of Shanxi Coal Imp．&amp;amp;E×p．Group，Zhangzi 046600，Shanx
Chinal
Abst豫ct． 0n the basis of analyzing the overlyjng strata movement chamcteristics of 90b_sjde entry retainjn岛this paper establjshed
empirical foHnula for calculating roof subsidence and verined its efkctiveness．Finally，according to own experience，speci6c measures
on how to reduce mof subsidence was proposed，hoping to pmvide reference for the improvement of comprehensive mine bene6ts．
Key words： gob—side entry retaining；mof settling；law；control
0引言
沿空留巷回采技术作为一种新型的高效回采工艺，
能将上采区运输巷道转作为下采区回风巷道，从而减
少保护煤柱留设量，提升井下煤炭回采率，是促进矿
井综合效益增加的有力举措。但沿空留巷技术由于缺
少了保护煤柱，如何实现对其顶板下沉的有效控制就
成为了技术应用能否成功的关键所在。因此，借助现
代化技术手段对矿井沿空留巷顶板下沉规律进行探究，
进而获得针对性的顶板下沉控制措施，对于矿井的长
久持续发展意义重大。
1沿空留巷覆岩移动特征
使用传统技术进行煤炭回采作业时，由于巷道一
侧煤体已采出，使得沿空留巷巷道围岩固有的应力平
衡发生改变和重新分布，导致巷道直接顶容易发生沿
巷旁支护体的切落，并引起上部岩层的变形与破坏，
从而在上覆岩层中产生“竖三带”结构，也就是从下
而上分别为垮落带、裂隙发育带与下沉带⋯。
采用充填沿空留巷技术进行回采作业时，伴随回
采面的推移，作业面后部在充填支架的掩护下同步开
展充填作业与留巷作业(采空区充填体和巷旁支护
体)，而这时上覆岩层同实体煤、采空区充填体及巷旁
支护体之间构成一种全新的协同承载结构，这一结构
的主要构成要素不仅充分发挥着支撑上覆岩层的功效，
且其彼此间也存在相互的影响，从而实现对顶板垮落
和覆岩下沉的有效控制。这种承载结构最终可能使得
收稿日期：2018一08一17
作者简介：李旭锋，1980年生，男，山西长子人，2011年毕业于太
原理工大学采矿工程专业，工程师。
覆岩的移动状态变为“两带”，即仅有裂隙发育带和弯曲
下沉带。该结构相较于“三带”的移动特征，覆岩关键
层没有出现破断从而有效承担了上部覆岩的多数载荷，
使得直接作用于沿空留巷巷道顶板的载荷大幅缩减，
进而使得顶板下沉量显著减少㈣。图l所示即为传统采
煤工艺和充填沿空留巷采煤工艺结构模型对比图。
L芝亨!：兰·苎竺带； I．裂隙带；II．弯曲下沉带，
IlI．弯曲下沉带。’。。’ ’ ’。
a)传统采煤工艺b)充填沿空留巷采煤工艺
图1 不同采煤工艺结构模型对比图
2顶板下沉量计算分析
借助sPss(“统计产品与服务解决方案”软件)构
建包含影响顶板下沉量主要因素的分析方程，并使用
多项式对方程中的拟合进行替代，从而获得最终经验
公式：
y=一0．092占2+22．27占2一1．801占+174．7M+74．14Ⅱ3—840．89扩
+3 208．5c}一48 129．9en01a+122．86+2 408．56
+121．5e“02～0．055L2—7．49￡+54 105．3， (1)
式(1)中，y为顶板下沉量，mm；s为充实率，％；膨为
回采高度，m；o为巷道跨度，m；e为对数函数；盯为
巷旁支护体强度，MPa；6为支护体宽度，m；6为硬岩
厚度比系数；日为回采深度，m；￡为作业面长度，m。
整个经验公式复相关系数为0．996，可以有效满足
精度需求。
·9·
万方数据
2叭8年第11期钰；夏与辛钍2018年11月
3工程应用分析
A矿1316作业面回采长度120 m，主采煤层为3“
煤层，煤层厚度均值3．2 m，倾角均值9。，煤层埋藏深
度450 m～500 m。回采作业中两侧巷道均采用矸石带
垒砌巷旁支护体以实现沿空留巷。巷道顶板为厚度均
值43 m的中细砂岩层，岩层富水性较小，局部存在厚
度400 mm的泥岩层；巷道直接底板为厚度4．1 m的泥
岩层，老底为厚度6．8 m的粉砂岩层。
作业面巷道结合自身充填采煤技术特征，设计使
用“锚带加强支护+垒砌筑石墙巷旁支护”的综合手
段进行留巷作业，留巷宽度3．8 m，石墙垒砌宽度3
m，其主要工程参数如表1所示。
表1 作业主要工程参数汇总表
l篡回采高巷道宽巷旁支护体巷旁支护硬岩厚度回采深作业面
度／m 度／m 强度／MPa 体宽度／m 比系数度／m 长度／m
86 3 3．8 3．3 3 O．5 600 120
将表l中各参数带人式(1)求得沿空留巷顶板下沉
量理论值为252 mm。同时，针对1316作业面巷道沿
空留巷顶板下沉量采用“十字观测法”进行测定，图2
所示即为作业面运输巷道表面位移测点布设示意图。
经实际反复测量最终可知，沿空留巷巷道顶板下沉量
为236 mm，同理论值的相对误差仅为5％左右，误差
值在可接受范围，表明所得经验公式能为实际施工参
数的优化设计提供参考。
图2作业面运输巷道表面位移测点布设示意图
4顶板下沉量控制措施分析
a)提高充实率。充实率作为关系顶板下沉量最终
数值的关键要素，对其的有效控制一直是实现沿空留
巷巷道顶板下沉量的核心环节。借由调控充实率实现
顶板下沉量控制的具体表现有以下几点：(a)地质条件。
尽可能布设仰采俯充作业面，从而尽可能避免不良地
质因素对充实率的不利影响；(b)充填材料。对所使用
充填材料必须进行比较优选，并对所使用的材料配比
进行反复的试验比对，从而最大化提升充填材料的充
填性能。与此同时，适度增加夯实设备夯实次数和夯
实力，从而缩减充填体剩余压实度；(c)充填工艺。应结
合作业面实际情况对充填工艺进行优化设计，提升支
架主动支撑力，从而缩减充填物料填入采空区前的顶
板提前下沉量；(d)充填设备。对所用充填直接结构进
·10·
行优化改良，确保其充填特性的科学、合理。此外，借
由对顶板下沉量和充采质量比的动态监测获得采空区
不同区域顶板下沉量同充实率之间的瞬态变化关联性，
从而深入展示充填体充实率同顶板下沉问的关系；
b)优化巷旁支护体参数。结合井下具体的地质条
件与生产经济成本需求选择最佳的巷旁支护体形式
(垒砌矸石袋、高水材料充填体或充填膏体等)，并基于
所选择的巷旁支护体形式设计相应的巷旁支护体强度、
宽高比、膏体高水材料配比及充填量等参数，实现充
填体对顶板下沉量控制效果的提升；
c)优化巷道断面和支护选择。结合生产实际需求，
对巷道断面进行科学、合理选择，优化巷道跨高比。同
时对巷道内所采用支护形式和参数进行优化升级，增
加超前支护距离，并对个别特殊区域进行补强加固，
从而实现巷道整体支护体系强度及稳定性的提升；巷
道掘进后尽快完成锚杆对煤壁的支护，从而增强锚固区
域煤体的抗压性能，对破碎区域的延伸予以控制；对锚
杆支护参数进行数值模拟分析，优化参数设置，减小巷
道帮角区域的应力集中现象，提升围岩稳定性。图3所
示即为顶板下沉量控制对策树状图。
臣夏嚣匡垂甄i蔓i．耋拨煎．
充实率
务件：尽量布置仰采俯充工作面
茎：垡些垄兰盐盐垦坠生：丝查查兰垄五赢焉孬瓦甄磊纛厕
图3顶板下沉量控制对策树状图
5结语
沿空留巷技术作为一种高效回采工艺是实现矿井
效益提升、避免煤炭资源浪费的有效手段。但其应用
中存在的顶板下沉问题一直是影响生产安全的关键。
针对此，矿井管理者应高度重视，及时组织专业技术
力量，结合矿井实际，积极探究沿空留巷顶板下沉规
律，继而总结具有针对性的顶板下沉控制措施，实现
顶板下沉量的有效缩减，为矿井生产的持续安全开展
提供坚实保障。
参考文献：
[1]殷伟，陈志维，周楠，等．充填采煤沿空留巷顶板下沉量预测分
析[J]．采矿与安全工程学报，2017，34(1)：39—46．
[2]李爱军．深井沿空留巷关键技术研究与应用[J]．煤炭科学技
术，2016，44(11)：12—17．
[3]王一，张春华．沿空留巷硕板下沉规律及其影响因素分析[J]．
金属矿山，2015(9)：2l一25．
(责任编辑：高志凤)

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