綜采面小煤柱留巷支護設(shè)計與實踐

郝占云

（大同煤礦集團朔州煤電小峪煤業(yè)有限公司，山西 懷仁 038300）

綜采面合理的護巷煤柱寬度不僅可以增加煤炭采收率，而且可以保證巷道的穩(wěn)定。眾多學(xué)者及工程技術(shù)人員開展了廣泛研究[1-6]，取得了顯著成果。根據(jù)煤礦具體工程地質(zhì)條件，對19#煤層南Ⅰ輔助盤區(qū)8102工作面進行小煤柱沿空掘巷頂板控制和開采技術(shù)研究。

1 工程概況

8102工作面所采煤層為19#煤層，19#煤層總厚度7.29m～8.78m，平均厚7.94m。其中上段的糟糕煤總厚2.98m～3.77m，均厚3.35m；泥巖厚 0.20m；煤（尺八煤）總厚0.35m～0.52m，均厚0.42m；高嶺巖總厚1.04～2.15m，均厚1.44m；下段的“四四”煤層總厚2.29～2.84m，均厚2.53m。

表1 煤層頂?shù)装鍘r性

19#煤層南Ⅰ輔助盤區(qū)8102工作面斜長180m、走向長943m，煤層傾角2°～5°，平均3°。煤層頂?shù)装鍘r性見表1。

2 煤柱尺寸留設(shè)的計算方案

回采工作面以往留設(shè)的護巷煤柱寬度在35m，為了減少煤炭損失，提升回采面采收率，試在5102巷巷采用巖空掘巷布置方式，同時臨近的采空區(qū)已經(jīng)被壓實（回采結(jié)束超過6個月）。同時數(shù)值模擬是研究合理護巷煤柱寬的一個方便且可信的手段措施，因此，文中采用FLAC-3D軟件對不同的沿空掘巷煤柱尺寸方案下的巖層移動特征進行分析，以此優(yōu)先出最佳方案。根據(jù)礦井原生產(chǎn)情況，具體煤柱尺寸分別為：3m、5m、7m、10m和12m，共5個方案，具體方案如圖1所示。

圖1 數(shù)值模擬方案

根據(jù)計算結(jié)果可知，以上5個方案（即煤柱尺寸分別為：3m、5m、7m、10m和 12m）的塑性區(qū)域、應(yīng)力分布及引起的巖層移動結(jié)果都相差不是很大。當(dāng)煤柱時尺寸較小時，沿空掘巷圍巖的變形值相比較來說比較大，但應(yīng)力集中或者說處于高應(yīng)力的煤柱范圍較小，這對于工作面回采時的巷道穩(wěn)定有利；而采用相對較大煤柱方案時，在開采前期，圍巖變形較小，但是隨著開采的不斷向前推進，由于巷道兩側(cè)的應(yīng)力集中程度不斷加大，煤柱和煤幫都處于較高應(yīng)力水平狀態(tài)，致使巷道的兩幫和底板的變形速率加大，這不利于巷道較長時間的穩(wěn)定。

因此，沿采空區(qū)布置5m的煤柱進行開采，這樣，即能采出足夠的煤炭資源量，提高回采率；又能在服務(wù)年限之內(nèi)能保證巷道的穩(wěn)定，滿足生產(chǎn)要求。

3 工作面的運輸巷道錨桿配合注漿支護設(shè)計

3.1 錨桿支護方案

5102巷沿著19#煤層底板掘進，巷道寬為4m，上幫高為3m，下幫高2.8m。由于19#煤層埋深較淺（180m），因此，巷道支護采用錨桿、金屬網(wǎng)并配合采用梯子梁進行，具體的巷道支護示意圖如圖2所示，主要支護參數(shù)見表2。

圖2 工作面運輸巷道支護方案

表2 工作面運輸巷道主要支護參數(shù)

3.2 注漿加固方案

注漿加固就是將滲透性較強的漿液通過裂隙注入到破碎煤體中，通過漿液的密室以及骨架作用，將破碎的煤體連接為一個完整的整體，從而改變煤體的力學(xué)性能，增強其承載能力。本次注漿加固采用的注漿材料為水+普通硅酸鹽水泥+固化劑（TWK-2），具體比例為：0.5：1：1.5。注漿壓力設(shè)定為 1～1.5MPa，考慮到注漿鉆孔施工方便性以及煤柱為5m，確定注漿鉆孔的深度為2.4m，在煤壁上布置成五花孔狀，上部以及下部布置的注漿鉆孔開孔位置距離巷道頂、底板均為600mm，具體的注漿布置如圖3所示。

圖3 注漿鉆孔布置示意圖

4 運輸巷頂、底板及兩幫移近量觀測

掘進19#煤層南Ⅰ輔助盤區(qū)8102工作面運輸巷，在距19#煤層南Ⅰ輔助盤區(qū)8102工作面切眼位置前方180m處布置觀測點，對巷道圍巖變形進行監(jiān)測。

4.1 頂板下沉監(jiān)測分析

對巷道掘進期間以及4823回采工作面推進期間的頂板下沉量進行觀測分析，具體如圖3所示。從觀測數(shù)據(jù)中可以看出，4823回采運輸巷的頂板總體下沉量比較小。在巷道掘進后的1～10d內(nèi)，巷道頂板的離層速度較大，平均為1.6mm/d,此后，巷道頂板的離層速度顯著降低，30d后巷道頂板趨于穩(wěn)定，在巷道掘進期間，巷道頂板累積下沉量為23mm，巷道整體較為穩(wěn)定。在4823回采工作面回采前期（10d內(nèi)），由于回采面距離頂板離層儀位置較遠，頂板下沉量數(shù)據(jù)變化不明顯，僅為1.8mm/d，隨著回采工作面面的不斷推進，巷道頂板上部巖層受到采動影響，開始出現(xiàn)明顯的下沉，下沉量增加至6mm/d。至回采面推進30d，巷道頂板下沉量值達到128mm。隨后，巷道頂板下沉量增加值有所降低，等到回采工作面推進60d時，達到頂板離層以安設(shè)位置，此時頂板下沉量值為195mm。

圖4 4823回采工作面巷頂板下沉量監(jiān)測曲線

4.2 兩幫變形量監(jiān)測分析

對4823回采工作面運輸巷掘進以及4823回采工作面開采期間的巷道兩幫變形量進行監(jiān)測，具體的監(jiān)測數(shù)據(jù)如圖5所示。從圖中可以看出，在4823回采工作面運輸巷沿空掘巷期間，巷道兩幫的變形量值不大，15d內(nèi)的累積變形量值為125mm，此后巷道兩幫變形量趨于穩(wěn)定。到回采面回采之前，小煤柱的注漿已經(jīng)結(jié)束，漿液強度已經(jīng)達到設(shè)計值，小煤柱幫由于受到注漿密實及骨架支承作用，小煤柱側(cè)的變形量值較小，為50mm。在實體煤幫，回采面開采推進初期就出現(xiàn)變形，隨著回采工作面距離巷幫測點的距離變小，圍巖變形量加劇，直至回采面推進60d（回采面推進至測點位置），實體煤幫的變形量達到0.9m。表明，采用錨桿以及注漿加固技術(shù)可以較好的控制巷道圍巖變形。

圖5 巷道兩幫變形量監(jiān)測曲線

4.3 巷道底板變形監(jiān)測分析

4823回采工作面運輸巷掘進期間的底鼓量較小，隨著4823回采工作面的推進，同時由于巷道底板是巖性較軟的泥巖，巷道底板變形量逐漸增加，底板的最大底鼓量達到1.5m，為了保證巷道的使用，需要不斷的進行起底工作。

5 經(jīng)濟效益

在19#煤層南Ⅰ輔助盤區(qū)8102工作面進行了留5m的小煤柱的實踐，預(yù)計回采結(jié)束后可多采約20萬t煤，按目前售價算創(chuàng)收了：20萬×300元/t=6000萬元，如該項技術(shù)在全區(qū)推廣，不僅可以提升礦井的煤炭回采率，增加礦井生產(chǎn)時間，而且可以產(chǎn)生良好的經(jīng)濟及社會效益。

6 結(jié) 語

19#煤層南Ⅰ輔助盤區(qū)8102工作面運輸巷采用小煤柱沿空掘巷，通過模擬分析，5m煤柱護巷可以保證回采巷道安全。在巷道支護方面采用主動強力支護與讓壓支護相結(jié)合的綜合支護技術(shù)，保證了巷道圍巖的穩(wěn)定，增加了煤炭資源利用率，取得了較好的經(jīng)濟效益。