沿空掘巷小煤柱支護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

趙 晨

（同煤集團(tuán)煤峪口礦，山西 大同 037003）

同煤集團(tuán)煤峪口礦近年煤礦年產(chǎn)量可達(dá)到280萬t[1]，主要可開采煤層是侏羅系中統(tǒng)大同組3～15#煤層。為了提高煤炭開采的效率，減少資源浪費(fèi)，降低對(duì)巷道的破壞，對(duì)14#煤層8713 工作面沿空巷道的小煤柱支護(hù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1 工作面概況

同煤集團(tuán)煤峪口礦的可開采煤層約20 層，其中8713 工作面位于14#煤層，是安全可采煤層，上距12#煤層5.3～10.1m，平均可采煤層厚度2.11 m。煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，從東部到西部煤層的厚度在逐漸增大，煤層中含有1～4 層的夾石。8713 工作面位于盤區(qū)的東南角，西部與8712 采空區(qū)和8714 采空區(qū)相鄰，東部與410 盤區(qū)保護(hù)煤柱相鄰，西南部與8711 采空區(qū)大煤柱相鄰，整個(gè)工作面可開采長(zhǎng)度390 m[2]。對(duì)8713 工作面進(jìn)行預(yù)留小煤柱的回采方法，留設(shè)小煤柱寬度為12 m。在巷道沿空掘巷過程中，前期發(fā)現(xiàn)小煤柱出現(xiàn)片幫現(xiàn)象，隨著開采的不斷進(jìn)行，小煤柱受到的壓力不斷增加，出現(xiàn)巷道圍巖迅速變形現(xiàn)象，加大了小煤柱的安全維修工程，而且極易與附近的采空區(qū)連通，威脅開采的順利進(jìn)行。

2 原支護(hù)方案分析

原有的支護(hù)設(shè)計(jì)是采用單錨桿的方式[3]，錨桿是Φ18 mm×2200 mm，間排距是800 mm×800 mm。在沿空巷道掘進(jìn)時(shí)，由于巷道變形破壞情況比較嚴(yán)重，在對(duì)巷道進(jìn)行多次返修后，在短時(shí)間掘進(jìn)后又出現(xiàn)大范圍的破壞。由于小煤柱留設(shè)寬度的不合理，使得巷道長(zhǎng)期處在應(yīng)力比較集中的區(qū)域，在掘進(jìn)過程中出現(xiàn)變形破壞。巷道頂板的主要成分是炭質(zhì)泥巖，如果支護(hù)的阻力達(dá)不到要求，或是支護(hù)的密度不夠大時(shí)，很容易出現(xiàn)頂板裂隙，進(jìn)而導(dǎo)致巷道出現(xiàn)大面積下沉，而且煤層之間的粘結(jié)力不好也會(huì)增加巷道支護(hù)的難度。因此需要對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，主要包括兩部分內(nèi)容：

（1）針對(duì)小煤柱的留設(shè)寬度而造成的頂板承受過大應(yīng)力，需對(duì)小煤柱的留設(shè)寬度進(jìn)行調(diào)整。

（2）由于相鄰采空區(qū)一側(cè)的巷幫收縮現(xiàn)象嚴(yán)重，頂板裂隙導(dǎo)致大面積下沉，需對(duì)巷道側(cè)幫的支護(hù)強(qiáng)度進(jìn)行有針對(duì)性的增強(qiáng)。

3 優(yōu)化支護(hù)方案

3.1 煤柱留設(shè)寬度

根據(jù)煤峪口礦8713 工作面的實(shí)際情況以及原支護(hù)結(jié)構(gòu)的影響，對(duì)煤柱寬度進(jìn)行模擬，如圖1 所示。從圖1（a）看出，當(dāng)煤柱寬度小于5 m 時(shí)，圍巖的卸荷明顯，煤柱極易出現(xiàn)片幫；從圖1（b）看出，當(dāng)煤柱寬度在10～20 m 之間時(shí)，巷道處于二次高應(yīng)力范圍內(nèi)；從圖1（c）看出，當(dāng)煤柱寬度大于20 m 時(shí)，巷道處于穩(wěn)定狀態(tài)，但是如果煤柱留存過寬，會(huì)造成資源浪費(fèi)。因此，對(duì)小煤柱留設(shè)寬度進(jìn)行改進(jìn)，將原留設(shè)的12 m 寬度的煤柱更改為8 m。

圖1 不同煤柱寬度巷道變形情況

3.2 支護(hù)方式

由于8713 工作面在回采過程中會(huì)對(duì)小煤柱的側(cè)頂板和側(cè)幫產(chǎn)生影響，因此支護(hù)方式選擇不對(duì)稱支護(hù)設(shè)計(jì)，以加強(qiáng)煤柱側(cè)頂板和幫的支護(hù)。優(yōu)化后的巷道支護(hù)示意圖如圖2 所示。

（1）巷道頂部設(shè)計(jì)支護(hù)方式。巷道頂部錨桿的材質(zhì)為螺紋鋼[4]，錨桿的參數(shù)為Φ22 mm×2500 mm，其間排距為850 mm×1000 mm。同時(shí)用三根Φ22 mm×10 300 mm 單體錨索拉引，其間排距為1350 mm×2000 mm，共同固定在錨索桁架上。將一排長(zhǎng)2400 mm 的錨索桁架安裝在靠煤柱幫一側(cè)的頂板上，將單體錨索安裝在靠實(shí)體煤幫一側(cè)的頂板上。

圖2 優(yōu)化巷道支護(hù)示意圖

（2）煤柱幫一側(cè)設(shè)計(jì)支護(hù)方式。在煤柱幫一側(cè)錨桿的材質(zhì)為螺紋鋼，錨桿的參數(shù)為Φ22 mm×2500 mm。 使 用1 卷 樹 脂 藥 卷， 型 號(hào) 為Z2370。在煤柱幫一側(cè)設(shè)置一排錨桿，由6 根錨桿組成，且每根錨桿的間排距為800 mm×1000 mm。最上面的一根錨桿安裝在離頂板200 mm 的位置，且與巷幫呈15°，方向斜上；最下面的一根錨桿安裝在底角，且與巷幫呈45°，方向斜下；其余的4根錨桿與巷幫垂直安裝。采用W 型鋼護(hù)板做錨桿擋板，用鋼筋梯子梁將各錨桿連接起來。在距離頂板500 m 且呈30°方向固定一根Φ22 mm×4300 mm錨索。

（3）實(shí)體煤幫一側(cè)設(shè)計(jì)支護(hù)方式。在實(shí)體煤幫一側(cè)錨桿的材質(zhì)為螺紋鋼，錨桿的參數(shù)為Φ20 mm×2300 mm。使用2 卷樹脂藥卷，型號(hào)為K3535。在實(shí)體煤幫一側(cè)設(shè)置一排錨桿，由5 根錨桿組成，每根錨桿的間排距為800 mm×900 mm。最上面的一根錨桿安裝在離頂板200 mm 的位置，且與巷幫呈15°，方向斜上；最下面的一根錨桿安裝在底角，與巷幫呈45°，方向斜下；其余的3 根錨桿與巷幫垂直安裝。用鋼筋梯子梁將各錨桿連接起來。

（4）注漿加固。煤柱幫一側(cè)布置兩個(gè)注漿孔，每個(gè)孔的間距為1500 mm×2000 mm，孔的直徑為27 mm。首先對(duì)巷道50 m 進(jìn)行噴漿、打眼以及注漿。在進(jìn)行注漿時(shí)，堅(jiān)持先注下面后注上面的原則，每次注漿距離為50 m。在滿足壓力0.5～2 MPa 范圍后進(jìn)行檢查，對(duì)漏漿的地方要進(jìn)行封堵，采用棉紗或錨固劑進(jìn)行補(bǔ)漏。待全部檢查完成后，需對(duì)注漿孔進(jìn)行最終的封孔，將棉紗用水泥或錨固劑配合后進(jìn)行封孔。封孔一般約300～500 mm 左右。

4 應(yīng)用結(jié)果

為了測(cè)試8713 工作面小煤柱支護(hù)優(yōu)化后的效果，對(duì)巷道兩幫的變形量和巷道頂?shù)装宓淖冃瘟窟M(jìn)行觀測(cè)，得到如圖3、圖4 所示的結(jié)果。

圖3 巷道兩幫變形量

從圖3 中可以看出，巷道兩幫的變形量在掘進(jìn)30 m 左右時(shí)比較大，變形量高達(dá)70%，而在掘進(jìn)50 m 后，巷道變形量明顯減小，在掘進(jìn)100 m 之后，巷道兩幫的變形量基本趨于穩(wěn)定。從圖4 可以看出，巷道頂?shù)装宓淖冃瘟勘认锏纼蓭偷淖冃瘟可源?，但變形量總體呈下降趨勢(shì)，在掘進(jìn)100 m 后，變形量慢慢趨于穩(wěn)定。

圖4 巷道頂?shù)装遄冃瘟?/p>