特厚煤層小煤柱沿空掘巷圍巖控制技術(shù)實(shí)踐

雷春亮

（大同煤礦集團(tuán)馬道頭煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 大同 037100）

近年我國煤礦采用小煤柱護(hù)巷和無煤柱開采、提高煤炭資源回收率已成為各大礦區(qū)主要發(fā)展方向。技術(shù)人員已對小煤柱護(hù)巷的煤柱留設(shè)寬度、圍巖控制技術(shù)等進(jìn)行了一些研究，也取得了一些技術(shù)成果，但是對于特厚煤層大采高綜放開采沿空掘巷研究較少[1-3]。本文結(jié)合馬道頭礦地質(zhì)情況，開展了特厚煤層留小煤柱沿空掘巷支護(hù)研究，可為同類礦井提供借鑒。

1 概況

馬道頭礦主采3#、5#煤層，煤層賦存穩(wěn)定，厚度大，煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，煤層埋深在388～432m之間，煤層傾角為1°～12°，平均為6°。根據(jù)探測鉆孔揭露，3#、5#煤層大部分區(qū)域合并，在分開區(qū)域單層最大夾矸厚度0.7～2.26m，平均1.47m，在可放頂范圍，3#、5#煤層總厚度為14.29～26.70m，平均煤厚20.50m，其中可利用煤厚為16.55m。煤層的f值大于2。頂?shù)装鍘r性如表1所示。采用大采高綜采放頂煤采煤法，全部垮落法管理頂板，工作面平均采高3.9m，平均放煤高度為12.65m。5211巷為8211工作面回風(fēng)順槽，沿8210工作面采空區(qū)留8m小煤柱掘進(jìn)，巷道凈寬5.2m，凈高3.5m，鋪底200mm。根據(jù)礦井地質(zhì)資料和8210工作面皮帶順槽掘進(jìn)地質(zhì)揭露預(yù)測，5211回風(fēng)順槽在掘進(jìn)過程中會(huì)揭露多個(gè)斷層和破碎帶，會(huì)對順槽巷道安全掘進(jìn)產(chǎn)生較大的影響。

2 留小煤柱沿空掘巷關(guān)鍵技術(shù)

2.1 煤柱寬度確定

3-5#煤層采用大采高放頂煤開采，開采強(qiáng)度大，礦壓顯現(xiàn)強(qiáng)烈，工作面開采后側(cè)向支承壓力影響區(qū)范圍較一般工作面大。根據(jù)3-5#煤層以往工作面開采礦壓觀測可知，工作面?zhèn)认蛑С袎毫τ绊懛秶?0m以上，其中采空區(qū)穩(wěn)定后應(yīng)力降低區(qū)的寬度在16～20m。采用留小煤柱沿空掘巷可將巷道布置在上區(qū)段工作面?zhèn)认蛑С袎毫Φ膽?yīng)力降低區(qū)內(nèi)。5211回風(fēng)順槽毛寬為5.4m，由此計(jì)算可知，留設(shè)小煤柱寬度不宜大于10.5m。為了保證巷道處于應(yīng)力降低區(qū)，結(jié)合巷道埋深和煤體強(qiáng)度綜合確定，5211回風(fēng)順槽沿空掘巷留設(shè)煤柱寬度為8m。

表1 煤層頂?shù)装鍘r性表

2.2 切頂卸壓

由于馬道頭礦煤體強(qiáng)度相對較大，加之工作面兩端頭不放煤及順槽頂板支護(hù)和煤體的作用，工作面兩端頭極易形成較大面積的懸頂，其懸臂梁的結(jié)構(gòu)會(huì)使上部巖層的壓力傳遞至巷旁煤體。留小煤柱沿空掘巷后期上覆巖層的壓力會(huì)作用在小煤柱及巷道支護(hù)系統(tǒng)，使得巷道圍巖控制難度增大。因此，必須對端頭懸頂進(jìn)行切頂卸壓，降低上區(qū)段工作面?zhèn)认蛑С袎毫Φ膹?qiáng)度。

（1）超前退錨。在8210工作面回采過程中，隨著8210工作面推進(jìn)，在2210皮帶順槽超前支護(hù)區(qū)，對2210順槽非采煤側(cè)頂板的三根錨索進(jìn)行退錨。退錨作業(yè)時(shí)先施工靠幫側(cè)的兩根錨索，巷道頂板中部錨索待即將進(jìn)入端頭支架上部時(shí)再進(jìn)行退錨。

（2）密集切頂鉆孔。在2210皮帶順槽頂板距非采煤側(cè)巷幫200mm施工密集切頂鉆孔，孔徑50mm，孔深12m，孔間距500mm，垂直頂板施工。

3 沿空掘巷支護(hù)技術(shù)

3.1 正常區(qū)錨網(wǎng)支護(hù)

（1）頂板支護(hù)

沿空掘巷頂板采用“錨桿+錨索+W鋼帶+槽鋼+鋼筋網(wǎng)”進(jìn)行支護(hù)。錨桿采用500號左旋無縱筋螺紋鋼，直徑為20mm，長2600mm，配套采用規(guī)格為130×130×10mm的預(yù)應(yīng)力托盤，并采用規(guī)格為5100×250×3mm的W鋼帶連接；錨桿間排距為950×900mm，每排6根，外側(cè)距巷幫175mm；錨桿設(shè)計(jì)錨固力不小于120kN，預(yù)緊力距不小于300N·m。錨索采用直徑為17.8mm的預(yù)應(yīng)力鋼絞線，長8300mm，錨索與錨桿間隔布置；錨索“三五+單眼”布置形式（錨索布置形式及間排距如圖1所示），即一排施工5根槽鋼錨索，采用16號槽鋼，長5000mm；下一排采用3根槽鋼錨索和1根單眼錨索，采用16號槽鋼，長4000mm，單眼錨索采用規(guī)格為300×300×16mm預(yù)應(yīng)力托盤；錨索預(yù)緊力為200kN。頂板鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)進(jìn)行護(hù)表。

圖1 巷道頂板支護(hù)圖

（2）巷幫支護(hù)

巷幫采用“錨桿+錨索+W鋼托盤+金屬網(wǎng)”進(jìn)行支護(hù)。錨桿采用500號左旋無縱筋螺紋鋼，直徑為20mm，長2600mm；配套采用規(guī)格為130×130×10mm的預(yù)應(yīng)力托盤和規(guī)格為450×250×4mm的W型鋼托盤；錨桿間排距為1000×900mm，每排4根，上距頂板200mm，下距底板300mm，最上側(cè)1根W型鋼托盤預(yù)巷道軸向平行布置；錨桿設(shè)計(jì)錨固力不小于120kN，預(yù)緊力距不小于300N·m。錨索采用“三二”布置，即一排3根，下一排2根；為提高施工速度，隨著工作面掘進(jìn)先施工每排為3根的錨索，滯后掘進(jìn)工作面一定距離間隔補(bǔ)打2根錨索（間排距如圖2所示）；錨索預(yù)緊力不小于150kN。采用菱形金屬網(wǎng)進(jìn)行護(hù)表。

圖2 巷道兩幫支護(hù)圖

3.2 地質(zhì)異常區(qū)加強(qiáng)支護(hù)

由于5211回風(fēng)順槽掘進(jìn)區(qū)域存在多個(gè)地質(zhì)構(gòu)造、破碎帶等地質(zhì)異常區(qū)，因此，在巷道掘進(jìn)通過地質(zhì)異常區(qū)時(shí)，在錨網(wǎng)支護(hù)的基礎(chǔ)上，必須對巷道進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)[4-5]。（1）在掘進(jìn)通過地質(zhì)異常區(qū)時(shí)，巷幫錨索在掘巷后必須及時(shí)施工，不可滯后施工；（2）在巷道掘進(jìn)過后必須及時(shí)進(jìn)行架棚支護(hù)，首先采用“一梁二柱”，采用5.2m長的π型梁加DW-45型單體支柱，單體支柱貼幫，在掘進(jìn)工作面后方不影響施工區(qū)域，在中間打設(shè)一根DW-45型單體支柱，單體支柱距煤柱側(cè)巷幫1.6m，距煤體側(cè)巷幫3.4m。

4 巷道圍巖控制效果分析

5211回風(fēng)順槽與8210工作面采空區(qū)留8m小煤柱沿空掘巷，總計(jì)施工826m，在巷道內(nèi)每隔80m左右布置1個(gè)巷道表面位移觀測測站，共10個(gè)，對巷道掘進(jìn)期間圍巖變形進(jìn)行觀測。選取一個(gè)典型測點(diǎn)進(jìn)行分析（如圖3所示）。在巷道掘進(jìn)過程中，巷道頂板下沉和兩幫移近量逐漸增加，巷道圍巖變形速率不大。在滯后掘進(jìn)工作面80m后巷道圍巖變形趨于穩(wěn)定，最大頂板下沉量為157mm，最大兩幫移近量為261mm，整體來看巷道圍巖變形量不大，圍巖穩(wěn)定。

圖3 巷道表面位移曲線圖

5 結(jié)語

結(jié)合馬道頭礦地質(zhì)情況，通過分析以往工作面?zhèn)认蛑С袎毫τ绊懛秶?，確定工作面?zhèn)认蛑螇毫档蛥^(qū)的寬度，合理留設(shè)沿空掘巷煤柱寬度。通過超前退錨和施工密集鉆孔降低采空區(qū)上覆巖層對煤柱及掘巷的壓力傳遞，并通過錨網(wǎng)支護(hù)控制沿空掘巷圍巖穩(wěn)定。井下實(shí)測顯示，留設(shè)8m小煤柱沿空掘進(jìn)順槽巷道在掘進(jìn)期間，巷道頂板最大下沉量為157mm，兩幫最大移近量為261mm，圍巖變形不大，圍巖穩(wěn)定。