綜放工作面沿空留巷煤柱寬度優(yōu)化及支護(hù)技術(shù)

張樹林

【摘 要】 沿空留巷技術(shù)為實(shí)現(xiàn)煤炭資源的高采出率提供了可能，而巷道圍巖的支護(hù)方式以及煤柱的合理寬度是沿空留巷技術(shù)成敗的關(guān)鍵。本文以楊村煤礦掘進(jìn)工作面為研究背景，探究新支護(hù)方式及煤柱寬度下巷道圍巖的穩(wěn)定性，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果表明：5m煤柱及優(yōu)化支護(hù)方案可有效控制沿空掘巷圍巖的變形，保證了煤炭資源安全高產(chǎn)高效開采。

【關(guān)鍵詞】 沿空留巷;采出率;支護(hù)方式;煤柱寬度

【中圖分類號(hào)】 TD32 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 A 【文章編號(hào)】 2096-4102（2021）02-0012-03

本文以兗州煤業(yè)股份有限公司某煤礦334軌道順槽為工程背景，采用5m煤柱及優(yōu)化支護(hù)方案后，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)反映了巷道圍巖的變形情況，此研究結(jié)果可為類似工程地質(zhì)條件下的綜放沿空留巷技術(shù)提供借鑒與參考。

1工程概況

334軌道順槽屬于334工作面回采巷道。334軌道順槽設(shè)計(jì)總長(zhǎng)度261.13m，其中與334切眼垂直段86.6m。334軌道順槽主要沿3號(hào)煤煤層底板掘進(jìn)。煤層厚度6.9～8.0m，平均7.88m。工作面頂?shù)装迕簬r情況如表1所示。

334軌道順槽斷面形式為梯形，斷面的尺寸為：上部4.4m、下部5m，巷道凈高3.55m。巷道原支護(hù)方式為“錨+網(wǎng)+索”，巷道的頂板布設(shè)間排距800mm×800mm的5根2m錨桿;在巷道的兩幫每排布設(shè)間排距900mm×800mm的3根1.8m錨桿;巷道頂板每間隔3排錨桿布置1排15.24mm×7400mm、間排距2100mm×2400mm的錨索。

2煤柱寬度

根據(jù)該煤礦實(shí)際地質(zhì)情況，并通過(guò)FLAC3D數(shù)值軟件建立3m、4m、5m、6m、7m、8m、9m、10m不同煤柱寬度下的三維數(shù)值模型，探究各工況掘334軌道順槽以及回采工作面的過(guò)程中巷道圍巖變形特征，通過(guò)對(duì)比分析數(shù)值模擬結(jié)果，確定合理的煤柱寬度。不同工況下巷道掘進(jìn)、回采過(guò)程中沿空巷道圍巖應(yīng)力曲線圖如圖1、圖2所示。

從圖1可以看出，當(dāng)煤柱的寬度增大時(shí)，其對(duì)上覆地層的支撐能力也在隨之增大。設(shè)置3～5m寬的煤柱時(shí)，煤柱的峰值應(yīng)力從約10.2MPa增加到約17.3MPa;當(dāng)立柱寬度為6m時(shí)，峰值應(yīng)力迅速增大，應(yīng)力過(guò)大導(dǎo)致支撐困難。

從圖2可以看出，當(dāng)設(shè)置煤柱3～6m時(shí)，煤柱的峰值應(yīng)力呈均勻上升趨勢(shì)，應(yīng)力從11.2MPa左右增加到20.4MPa左右。當(dāng)煤柱寬為3m時(shí)，平均應(yīng)力分布較為平均，煤柱中的垂直應(yīng)力相對(duì)于掘進(jìn)階段不會(huì)發(fā)生變化，這是由于煤柱在超前支護(hù)應(yīng)力峰值處的高應(yīng)力對(duì)承載力的破壞，頂板降低支護(hù)能力;煤柱寬度4m、5m，煤柱中心形成較小的應(yīng)力中心;隨著煤柱寬度增加到7m，煤柱的峰值應(yīng)力明顯增大，為27.3MPa。當(dāng)煤柱寬度為8～10m時(shí)，其應(yīng)力值較大，圍巖支護(hù)時(shí)相對(duì)較困難。

通過(guò)比對(duì)不同寬度煤柱下巷道圍巖的應(yīng)力值可看出，當(dāng)留設(shè)寬度為5m的煤柱時(shí)，煤柱整體所受應(yīng)力的效果比其他寬度下的煤柱較好，所以在綜放沿空留巷時(shí)選用5m寬的煤柱。

3支護(hù)方式優(yōu)化

根據(jù)沿空留巷煤柱確定的寬度，巷道斷面采用錨、網(wǎng)、梯、鋼帶、錨索支護(hù)，見圖3。

錨桿：巷道頂板選用MSGLW-500/22×2200左旋無(wú)縱肋螺紋鋼樹脂錨桿;巷道兩幫采用MSGLD-500/20×2200左旋等強(qiáng)螺紋鋼式樹脂錨桿，托盤采用150×150×10mm正方形碗狀鋼托盤（頂板采用T型鋼帶和鋼帶托盤）。

錨固劑：頂板錨桿每孔使用MSCKb2350型和MSCKb2370型錨固劑各1卷，兩幫錨桿每孔使用MSCKb2370型錨固劑1卷。

菱形網(wǎng)選用LW-50/4-SZ型菱形網(wǎng)，每隔0.2m采用直徑14的鐵絲聯(lián)接一扣，每扣擰2～3圈，聯(lián)接后鐵絲方向一致，并將鐵絲頭壓入菱形網(wǎng)內(nèi)，搭接長(zhǎng)度為100mm。

頂板采用T型鋼帶（配專用托盤），巷幫使用鋼筋梯進(jìn)行支護(hù)，鋼筋梯采用Φ10mm圓鋼加工，寬80mm。

錨索：沿巷中布置，施工在兩鋼帶之間，排距1900mm（頂板不完整時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況可縮小錨索排距）。錨索采用SKP18-1/1860×7000的礦山專用錨索，每孔配用2卷MSCKb2370的錨固劑、1卷MSCKb2350的錨固劑。托盤采用Q345B材質(zhì)、抗拉強(qiáng)度380MPa及以上的碳素結(jié)構(gòu)鋼板加工而成的蝶形托盤，規(guī)格為300×300×16mm，預(yù)緊力不小于150kN，錨固力不小于180kN。

4巷道圍巖變形監(jiān)測(cè)

在距回采工作面50米、100米處布置JSS30A數(shù)顯收斂計(jì)監(jiān)測(cè)巷道圍巖的變形，并根據(jù)所測(cè)數(shù)據(jù)的平均值繪制圍巖變形速率和變形量曲線圖，如圖4、圖5所示。

從圖4、圖5可以看出，在同段時(shí)間內(nèi)優(yōu)化支護(hù)方案比原支護(hù)方案前的圍巖位移總量以及變形速率要小很多，巷道兩幫變形量最大減少了13.52mm，巷道頂板沉降量最大減少了11.24mm，采用該支護(hù)方式后巷道圍巖變形得到了有效控制。

為監(jiān)測(cè)巷道頂板圍巖內(nèi)部離層情況，在距離工作面30米以及60米位置處布設(shè)裝有LBTY-1型的頂板離層指示儀的兩個(gè)測(cè)站，并將所測(cè)得的數(shù)據(jù)繪制曲線，如圖6所示。

從圖6可以看出，在軟巖巷道頂板圍巖內(nèi)部離層監(jiān)測(cè)的整個(gè)過(guò)程中，巷道圍巖內(nèi)部各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)與巷道圍巖表面各點(diǎn)相比，其變形量相差不大，且在13天左右頂板離層趨于穩(wěn)定，說(shuō)明優(yōu)化后的支護(hù)方案有效地控制了沿空掘巷圍巖的變形。

5結(jié)語(yǔ)

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐以及巷道圍巖監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明：采用5m煤柱及優(yōu)化后的支護(hù)方案后，巷道圍巖的變形量顯著減小，同時(shí)巷道頂板圍巖內(nèi)部離層值也相對(duì)較小，與原支護(hù)方案相比，更能有效控制沿空掘巷圍巖的變形，提高沿空掘巷圍巖的穩(wěn)定性。

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