留小煤柱沿空掘巷錨網(wǎng)支護試驗研究

魏勝利

（山西大同大學(xué)工學(xué)院，山西大同 037003）

留小煤柱沿空掘巷錨網(wǎng)支護試驗研究

魏勝利

（山西大同大學(xué)工學(xué)院，山西大同 037003）

為確定2＃煤層錨網(wǎng)支護條件下沿空掘巷煤柱大小，在井下進行3 m、5 m、7 m寬度條件下的錨網(wǎng)支護試驗，通過對各寬度煤柱條件下采掘活動對巷道頂板下沉、兩幫位移及錨桿錨固力影響的觀測分析，確定合理的煤柱寬度為3 m，節(jié)約了煤炭資源，為礦井的安全開采提供了技術(shù)保障.

小煤柱 寬度 錨網(wǎng)支護

1 試驗巷道情況

1）22311頂綜采工作面為孤島型煤柱工作面，下為22312綜放面，上與22300面相鄰，兩面皆已采空.所采2＃煤平均厚度6 m，f＝1～1.5.偽頂為黑灰色泥巖，厚0～0.9 m，破碎、具水平層理；直接頂為0～3 m的灰黑色粉砂巖，具水平層理；老頂為厚8～21m的灰白色中細砂巖；直接底為厚6 m的灰黑色粉砂巖.

2）22204頂綜采工作面位于下水平22200采區(qū)中部，西靠22202（頂）采空區(qū)，區(qū)域內(nèi)煤層為一單斜構(gòu)造.偽頂為厚0～0.3 m的黑色泥巖；直接頂為灰黑色粉砂巖，厚2.5～14 m；老頂為厚8 m的灰白色中粗砂巖；直接底為厚1.4 m的灰黑色粉砂巖.

2 支護難點

1）埋深大，頂板不易維護.22311和22204兩工作面埋深分別為－450～－490 m、－400～－525 m，埋深較大，頂板難以維護.

2）巷道受動壓影響.22311綜采工作面為孤島型煤柱工作面，下鄰的22312綜放面為已采工作面，垮落的頂板使22311運輸巷幫部壓力加大，變形加劇，頂板裂隙進一步發(fā)育；22204運輸巷約有200 m巷道受22202工作面采動影響（停采不到兩個月），在動壓下掘進，巷道變形量大.

3）采空區(qū)積水的影響.22204運輸巷位于向斜構(gòu)造的底部，臨近向斜構(gòu)造底部的采空區(qū)積水使22204運輸巷頂幫圍巖的松動范圍加大，巷道不易維護，為此煤柱由3 m逐漸加大到7 m.

3 工藝及支護參數(shù)

3.1 掘進工藝

巷道斷面矩形，規(guī)格3.7×2.8 m，沿頂鉆爆法掘進.巷道頂部采用全長樹脂錨桿＋網(wǎng)＋錨索＋鋼帶進行支護，兩幫部采用端錨樹脂錨桿＋網(wǎng)進行支護.

3.2 支護參數(shù)

1）煤柱留設(shè)：22311運輸巷沿空煤柱3 m；2220 4運輸巷沿空煤柱3～7 m.

2）頂錨桿：Φ22×2 200 mm高強螺紋鋼錨桿，每排5根，間排距900×900 mm，全長錨固.

3）錨索：Φ15.24 mm預(yù)應(yīng)力鋼絞線，長度6 m，單排布置，間距1.8 m，端頭錨固.

4）幫錨桿：Φ16×1 900 mm鋼筋錨桿，每幫4排，間排距700×900 mm，端頭錨固.

3.3 注意事項

1）現(xiàn)場備有一定數(shù)量的工字鋼棚，如遇頂板破碎，壓力增大，圍巖變形較為劇烈時，應(yīng)及時套棚加強支護.

2）動壓下巷道施工，應(yīng)密切觀察頂板圍巖的變化，如遇異常及時采取措施.

3）斷層處、向斜盆地底部鄰近采空區(qū)易于存在積水，應(yīng)制定相應(yīng)的防水措施.

4）每班在開工之前，班長要對上一班的施工質(zhì)量進行檢查，對不符合施工要求的要進行整改并作記錄.安排專人對錨桿重新進行緊固，保證錨桿的錨固力達到規(guī)定的要求.

5）對錨桿錨固力和預(yù)緊力以不低于10%的比例進行抽測.

4 礦壓觀測

為確定合理的煤柱尺寸大小，評價支護效果，在22311、22204運輸巷設(shè)置礦壓觀測站，觀測在3m、5m、7m煤柱尺寸下的巷道圍巖變形及錨桿受力情況.

4.1 方法與要求

1）頂幫位移十字布點法測讀，精度1 mm.

2）在22311運輸巷道選一圍巖較為穩(wěn)定的斷面，在頂板中部及兩側(cè)安裝三根測力錨桿，觀測頂錨桿的軸向受力.

3）安排專人定時測讀數(shù)據(jù)，記錄到相應(yīng)的表格中.

4）如遇異常數(shù)據(jù)，應(yīng)及時查找原因處理，并作記錄.

表1 頂幫位移變形及速度統(tǒng)計表

表2 兩幫位移及速度統(tǒng)計表

4.2 結(jié)果整理

1）頂幫位移變形.

從頂及幫的位移變形看，兩者趨于一致，大致可分為掘進影響期、相對穩(wěn)定期和回采影響期三個階段，22311和22204運輸巷煤柱同為3m時，前者的位移速度和位移總量明顯小于后者，22204運輸巷在3m、5m、7m煤柱寬度條件下相比，3m時圍巖變形最小.

表3 2＃測力錨桿軸向載荷分布表 單位：KN

2）錨桿受力.由于安裝及保護問題，1＃和3＃測力錨桿被破壞，表3為2＃測力錨桿的觀測數(shù)據(jù)從表3可見：頂錨桿隨頂板的變形，其受力不斷加大，表明其對圍巖變形控制的及時性和有效性，符合全長錨固的一般規(guī)律.

3）預(yù)緊力和錨固力.對錨桿錨固力抽測，除個別施工不達要求采取補打外，頂、幫大都大于130 KN和50 KN，預(yù)緊力分別大于80 KN·M和50 KN· M，符合規(guī)程要求.

5 支護效果分析

從觀測結(jié)果分析，在22311、22204運輸巷采用錨梁網(wǎng)＋錨索的支護方案是可行的.

1）頂幫位移減少，圍巖變形得到控制.22311運輸巷頂、幫位移分別為171 mm和242 mm；22204運輸巷頂、幫位移在3 m、5 m、7 m煤柱條件下分別為296 mm和460 mm、313 mm和524 mm、342 mm和557 mm.相同條件下架棚支護，頂板下沉量一般在600 mm以上，兩幫位移量一般在1500 mm以上，且支架損害嚴重，工人勞動強度較大.錨網(wǎng)支護，充分發(fā)揮了其主動支護的特點，使頂板在變形初期得到及時有效地控制，保證了頂板的完整性，減少了頂幫的位移.

2）22204運輸巷頂、幫的位移量均大于22311運輸巷，主要原因是22311巷道圍巖較為穩(wěn)定，而與22204運輸巷相鄰的22202工作面停采不到兩個月，圍巖還處于活動期，對22204運輸巷的影響較大；22204運輸巷在3m煤柱條件下，圍巖變形較小，其主要原因是較大的煤柱尺寸使巷道處于固定支承壓力的峰值之中，使巷道不易維護.

3）全長錨固使頂板的組合梁作用加強，穩(wěn)定性提高，通過錨索強大的拉力，兩者協(xié)同作用使頂板形成一個穩(wěn)定的整體，為試驗的成功奠定了基礎(chǔ).觀測數(shù)據(jù)也表明，錨桿受力仍沒有到達其極限值，說明支護系統(tǒng)仍有富余.

4）實際觀測發(fā)現(xiàn)，頂板下沉大部分來自頂錨桿錨固端以外（2～6 m）的巖層，其原因是巷道圍巖受到鄰近工作面頂板跨落及采動影響.

6 結(jié)論

1）與架棚支護相比，采用錨網(wǎng)支護，巷道圍巖的變形得到控制.通過錨桿錨索的主動支護，使圍巖的穩(wěn)定性得以加強，調(diào)動了圍巖的自穩(wěn)能力.

2）井下試驗證明，當區(qū)段煤柱為3 m時，巷道圍巖變形較小，其原因是巷道處于工作面兩端固定支承壓力的降低區(qū)內(nèi).為此，可確定2＃煤沿空掘巷錨網(wǎng)支護區(qū)段煤柱為3 m.

3）適當加大錨索的初張力，提高支護系統(tǒng)的剛度，發(fā)揮錨桿錨索的協(xié)同作用，增強圍巖的穩(wěn)定性，阻止上位巖層的移動.

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Abstracts：For determining the width of coal pillar along the developing road of No2 Coal Seam with support of roof bolt grid，the tests of roof bolt grid support have been carried out with width range of pillars from 3m，5m to 7m，and observation and analysis of develop movement to roof separate level sink，two sides displacement and roof bolt bolting force impact have been taken on each range of pillar.As a result，3m width range of pillar is reasonable as a purpose of saving coal resource and offering technical safety of coal mining.

key words：small coal pillar；width；support of roof bolt grid

〔編輯 石白云〕

Test Research on Roofbolt Grid Support with Setting up Small Coal Pillar on Developing Road

Wei Sheng－li
（School of Engineering，Shanxi Datong University，Datong Shanxi，037003）

TD822＋.3

A

1674－0874（2010）05－0067－03

2010－07－22

魏勝利（1967－），男，陜西華縣人，副教授，研究方向：巷道支護及煤礦安全生產(chǎn).