沿空窄煤柱掘巷安全施工的實(shí)踐與探索

【摘要】在中厚煤層推廣沿空掘巷，留設(shè)窄小煤柱。對(duì)于避免支承壓力峰值帶，減小巷道圍巖變形量，提高煤炭回收率，提高經(jīng)濟(jì)效益以及安全生產(chǎn)具有積極的意義。

【關(guān)鍵詞】沿空掘巷；窄小煤柱；支護(hù)設(shè)計(jì)

琿春礦業(yè)集團(tuán)板石煤業(yè)公司在投產(chǎn)初期，在相鄰區(qū)段回風(fēng)順槽布置上，一般都采用較大煤柱護(hù)巷，煤柱寬度在30m左右。此種布置方式一是造成煤炭資源不必要的損失和浪費(fèi)；二是巷道布置在應(yīng)力升高區(qū)內(nèi)，巷道頂?shù)装搴蛢蓭鸵平^大，巷道維修量大，而且護(hù)巷效果不佳。

1、地質(zhì)概況

12011采煤工作面回風(fēng)順槽沿空布置，沿20#煤層頂板施工，設(shè)計(jì)工程量580m，巷道斷面為斜矩形，凈寬4.2m，中頂凈高2.4m，荒斷面10.5 m2，凈斷面9.6m2，采用錨網(wǎng)及鋼筋梯和錨索組合支護(hù)。該面上接12003 工作面采空區(qū)，留有5.0m煤柱，地表為稻田（垂深約為450m），下部為未采區(qū)，巷道左至采區(qū)下山，右至暗主井。20#煤平均厚2.60m，煤層沉積穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，含夾石1～2層，夾矸厚0.1～0.9m，夾矸厚度不穩(wěn)定。頂板為平均1.8m厚的粉砂質(zhì)泥巖，膠結(jié)不好，再上為20.3m厚的細(xì)砂巖，底板為0.2m厚的炭頁(yè)巖，往下為粉砂質(zhì)泥巖。該區(qū)域地層結(jié)構(gòu)總體上呈單斜結(jié)構(gòu)，地質(zhì)構(gòu)造較簡(jiǎn)單，煤層傾角變化不大，為8～15°。20#煤老頂砂巖含水較少，水文地質(zhì)類型為簡(jiǎn)單，個(gè)別地段打錨索后有滴水現(xiàn)象。

2、采空區(qū)邊緣煤層礦壓顯現(xiàn)規(guī)律及區(qū)段巷道位置的選擇

2.1采空區(qū)邊緣煤層礦壓顯現(xiàn)規(guī)律

上區(qū)段工作面回采后，隨著頂板冒落和煤層上覆巖層的移動(dòng)，使巷道原巖應(yīng)力重新分布，在采空區(qū)沿傾斜方向產(chǎn)生側(cè)向支承力，巷道內(nèi)從煤體邊緣向煤體深部可分為三個(gè)不同的礦壓顯現(xiàn)帶：Ⅰ——卸載帶；Ⅱ——支承壓力帶；Ⅲ——原巖應(yīng)力帶，如圖

2.1.1采空區(qū)煤體邊緣卸載帶（Ⅰ）。采空區(qū)頂板冒落后，圍巖應(yīng)力重新進(jìn)行分布，采空區(qū)邊緣煤體在高應(yīng)力作用下，不同程度上產(chǎn)生變形和破壞，使其承載能力大幅度降低。從而形成較原巖應(yīng)力為低的卸載帶。卸載帶的寬度與作用應(yīng)力大小、煤層采高和煤質(zhì)軟硬有關(guān)，此卸載帶寬度可達(dá)到1m～6m。

2.1.2支承壓力顯現(xiàn)帶（Ⅱ）。采空區(qū)邊緣煤體遭到破壞后已基本失去承載能力，對(duì)上覆巖層支承力向煤體深部轉(zhuǎn)移，從而形成沿傾斜方向的支承壓力影響帶，也稱應(yīng)力增高帶或增壓區(qū)。

2.1.3原巖應(yīng)力帶（Ⅲ）。在支承壓力達(dá)到峰值以后，隨著遠(yuǎn)離煤體邊緣，支承壓力影響逐漸減弱，至煤體內(nèi)部一定距離處即轉(zhuǎn)入原始應(yīng)力狀態(tài)，稱原巖應(yīng)力帶。

2.2區(qū)段回風(fēng)順槽位置的確定

根據(jù)礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，傳統(tǒng)留較大煤柱護(hù)巷技術(shù)，區(qū)段回風(fēng)順槽布置在支承壓力顯現(xiàn)帶中，是處在壓力增高區(qū)。

3、煤柱尺寸的確定

為減小巷道斷面收縮率，確保巷道服務(wù)年限和減少煤炭損失，必須合理確定煤柱寬度，因煤體邊緣受采煤過(guò)程中動(dòng)壓影響，煤壁松散，貫穿裂隙較多。

4、沿空巷道的支護(hù)設(shè)計(jì)

4.1巷道斷面的設(shè)計(jì)

因所參與試驗(yàn)的巷道均為綜采工作面回風(fēng)順槽，采用綜掘機(jī)施工，根據(jù)煤層厚度，在掘進(jìn)期間為滿足運(yùn)輸煤（矸）和材料運(yùn)輸、通風(fēng)和行人的要求，巷道設(shè)計(jì)為機(jī)軌合一巷，所以巷道斷面設(shè)計(jì)為矩形，凈寬為4.2m，凈高為2.8m。沿煤層頂板施工。

4.2支護(hù)形式和支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)

巷道頂板和兩幫均采用錨桿+鋼帶+金屬網(wǎng)+錨索聯(lián)合支護(hù)方式，錨桿間排距為800mm×800mm，錨桿長(zhǎng)度為2.0m，直徑為20mm。頂板每排布置6根，上幫布置4根，下幫布置3根，錨索采用6.3m長(zhǎng)，直徑為15.24mm。間排距為1.5m×2.4m。

4.3支護(hù)材料

（1）頂板和兩幫錨桿采用Φ20mm×2000mm左旋無(wú)縱筋螺紋錨桿，2支CK2335錨固劑。（2）錨索采用Φ15.24mm預(yù)應(yīng)力鋼絞線，長(zhǎng)度為6300mm，2節(jié)M2335和3節(jié)CK2335錨固劑。（3）金屬網(wǎng)、鋼筋梯子梁：錨網(wǎng)選用8#鐵線編織成的規(guī)格為4200mm×900mm的菱形網(wǎng)；鋼筋梯子梁由Φ10mm鋼筋雙面焊接而成，長(zhǎng)4200mm，寬70mm。

4.4礦壓觀測(cè)

礦壓分析：在掘進(jìn)期間進(jìn)行頂板下沉量觀測(cè)結(jié)果表明，巷道在開掘30d之內(nèi)，圍巖變形較為強(qiáng)烈，30d以后頂板及兩幫趨于穩(wěn)定。在觀測(cè)期間頂板最大下沉量為40mm。并且巷道煤體側(cè)幫變形量要大于采空區(qū)側(cè)幫的變形量。

5、沿空掘巷施工中主要安全技術(shù)問(wèn)題

（1）巷道施工過(guò)程中必須對(duì)上區(qū)段采空區(qū)內(nèi)定期做氣體抽樣分析，避免采空區(qū)內(nèi)瓦斯超限，必要時(shí)對(duì)采空區(qū)內(nèi)進(jìn)行瓦斯抽放；（2）探明采空區(qū)內(nèi)積水情況，如積水量大，先將采空區(qū)內(nèi)水排凈；（3）巷道施工過(guò)程中，必須對(duì)巷道進(jìn)行精確定向，每50m設(shè)一經(jīng)緯點(diǎn)校核巷道方位；（4）巷道施工過(guò)程中每30m設(shè)一處礦壓觀測(cè)站，對(duì)頂?shù)装寮皟蓭鸵平窟M(jìn)行動(dòng)態(tài)觀測(cè)。并定時(shí)分析頂板及兩幫變化規(guī)律；（5）巷道施工時(shí)必須采用綜掘機(jī)施工，防止爆破破壞頂板及兩幫煤體的連續(xù)性和穩(wěn)定性；（6）施工時(shí)正確使用甲烷傳感器，防止施工過(guò)程中瓦斯超限。

6、施工措施

（1）12011工作面回風(fēng)順槽采用綜掘施工工藝，循環(huán)進(jìn)度為0.8m，短掘短支，邊支邊掘，錨網(wǎng)、錨索支護(hù)緊跟迎頭，實(shí)現(xiàn)及時(shí)支護(hù)。（2）合理選擇支護(hù)材料和支護(hù)參數(shù)，保證支護(hù)強(qiáng)度。（3）巷道遇斷層破碎帶時(shí)，應(yīng)及時(shí)加大支護(hù)強(qiáng)度，提高支護(hù)等級(jí)，采用加大錨固長(zhǎng)度，縮小錨桿錨索間距或改用架棚等方法，保證施工安全。

7、施工效果

沿空窄煤柱掘巷時(shí)，采用錨網(wǎng)索組合支護(hù)。根據(jù)頂板壓力觀測(cè)值：52KN，錨桿拉力為63KN。錨索拉力為100KN。錨桿作用明顯，參數(shù)合理，有效地控制了頂板變形，具有支護(hù)效果好、掘進(jìn)速度快、材料消耗低、生產(chǎn)環(huán)節(jié)少等優(yōu)點(diǎn)。

8、結(jié)論

采用沿空窄煤柱掘巷時(shí)，不僅能提高煤炭的采出率，同時(shí)又是避免于集中應(yīng)力影響的有效途徑?！巴筛哒褐毖乜站蛳锸且环N既接近完全沿空掘巷礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，同時(shí)又有利于巷道維護(hù)，煤柱起到擋矸、防治水、易于防火的一種有效的巷道布置方式。

板石煤礦成功采用沿空掘巷的兩個(gè)工作面同比采用傳統(tǒng)大煤柱多回收煤炭5萬(wàn)t，直接創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益達(dá)2000多萬(wàn)元。實(shí)踐證明：采用沿空掘巷技術(shù)對(duì)于有效提高煤炭采出率，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益具有積極的意義。