小煤柱護(hù)巷技術(shù)在厚煤層中的應(yīng)用

李志崗

（汾西礦業(yè)集團(tuán)曙光煤礦，山西 孝義 032300）

現(xiàn)代煤礦開采期間，一次開采高度、開采深度不斷加大，同時(shí)，采掘速度也不斷加快，這也提高了煤礦開采壓力。煤礦開采期間，采用小煤柱護(hù)巷技術(shù)，能夠保證煤礦開采作業(yè)順利進(jìn)行，提高開采效率，避免開采過程中發(fā)生安全事故，造成人員傷亡。

1 小煤柱護(hù)巷機(jī)理

一般來說，巷道圍護(hù)效果會(huì)隨著煤柱變寬而提高，但是，巷道維護(hù)效果與護(hù)巷寬度之間并非呈正比關(guān)系。煤礦回采穩(wěn)定后，在接近采空區(qū)附近會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力降低區(qū)。因此，在煤礦實(shí)際開采期間，可以將巷道布置在應(yīng)力江地區(qū)，利用窄煤柱護(hù)巷局可以實(shí)現(xiàn)對(duì)巷道的保護(hù)，保證巷道穩(wěn)定，避免發(fā)生坍塌等事故[1]。

通過對(duì)大量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)資料發(fā)現(xiàn)，巷道圍巖移近量與煤柱寬度的關(guān)系，如圖1 所示，這可以作為判斷煤柱穩(wěn)定性的關(guān)鍵參數(shù)。沿著煤柱寬度方向一共分為三個(gè)部分，其中Ⅰ-Ⅱ?yàn)槌掷m(xù)上升段，其中Ⅱ點(diǎn)表示達(dá)到巷道移近量最大值，Ⅱ-Ⅴ段持續(xù)下降，Ⅴ點(diǎn)后則趨于了平衡狀態(tài)，因此，在實(shí)際作業(yè)開展時(shí)，從安全、經(jīng)濟(jì)、施工難易程度等多個(gè)方面綜合考慮，最終決定小煤柱寬度應(yīng)在Ⅰ點(diǎn)與Ⅱ點(diǎn)兩者之間。

圖1 巷道圍巖移近量與煤柱寬度關(guān)系

2 控制沿空掘巷圍巖思路

2.1 確保圍巖支護(hù)強(qiáng)度和剛度滿足要求

煤礦開采期間，若未依據(jù)實(shí)際情況做好圍巖控制，實(shí)際作業(yè)開展期間，將會(huì)導(dǎo)致掘進(jìn)過程中發(fā)生損壞或變形等問題，同時(shí)，也會(huì)提高回采期間，控制圍巖難度。因此，需要提高圍巖支撐強(qiáng)度與剛度，而為了達(dá)到這一目的，需要采用高質(zhì)量材料進(jìn)行支護(hù)，提高圍巖支護(hù)強(qiáng)度，保證煤礦開采期間不會(huì)發(fā)生事故，這一方面能夠提高開采效率，另一方面也可以避免出現(xiàn)人員傷亡等問題。

2.2 加強(qiáng)對(duì)薄弱位置的控制

依據(jù)過去總結(jié)的工作經(jīng)驗(yàn)來看，小煤柱沿空掘巷，煤柱會(huì)發(fā)生較為嚴(yán)重的變形現(xiàn)象，對(duì)于矩形巷道煤柱側(cè)直角部分，容易出現(xiàn)內(nèi)擠或網(wǎng)兜現(xiàn)象，這也是整個(gè)巷道中較為薄弱區(qū)域[2]。因此，應(yīng)當(dāng)采取支護(hù)方式處理煤柱側(cè)直角處，關(guān)鍵方式就是采用更好擴(kuò)散支護(hù)設(shè)備和實(shí)時(shí)增加方式處理，提高預(yù)應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)對(duì)巷道的保護(hù)。

2.3 綜合考慮控制效果與成本

在分析小煤柱沿空掘進(jìn)巷道時(shí)，不僅要提升巷道支護(hù)強(qiáng)度，保證圍巖控制效果能夠達(dá)到預(yù)期，而且還要考慮后續(xù)掘進(jìn)時(shí)的作業(yè)效率，以及支護(hù)中采用設(shè)備的成本，在保證開采安全、順利基礎(chǔ)上，提高經(jīng)濟(jì)效益。因此，對(duì)于巷道圍巖中薄弱與穩(wěn)固區(qū)域應(yīng)當(dāng)區(qū)別對(duì)待，采取不同支護(hù)設(shè)備進(jìn)行處理，采用先進(jìn)技術(shù)處理，提高巷道穩(wěn)定性，降低處理成本[3]。

3 煤礦工程中制定的巷道支護(hù)方案

3.1 煤礦工程概況

某煤礦4#煤層工作面巷道斷面為矩形，煤層工作面走向約為179.5 m，平均厚度約為2.78 m，朝向頂板掘進(jìn)區(qū)域不存在大型地質(zhì)結(jié)構(gòu)，巷道高度約為3.2 m，寬度約為4 m?；卷斪陨斫Y(jié)構(gòu)相對(duì)較為松散，實(shí)際開采作業(yè)期間，會(huì)隨著掘進(jìn)作業(yè)進(jìn)行發(fā)生脫落現(xiàn)象，整體圍護(hù)起來難度較大，對(duì)底板部位進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，底部區(qū)域以泥質(zhì)砂巖為主，一旦遇水，容易膨脹。工作面預(yù)留設(shè)置煤柱寬度約為19.5 m，控制圍巖效果未達(dá)到預(yù)期，整個(gè)巷道存在較大變形量，底鼓區(qū)域較為嚴(yán)重，造成這一現(xiàn)象的主要原因有以下幾點(diǎn)：

1）底板巖層以泥巖和泥質(zhì)砂巖為主，遇水后容易吸水從而發(fā)生膨脹現(xiàn)象，導(dǎo)致底板發(fā)生底鼓問題。

2）煤層構(gòu)造為復(fù)合方式，出現(xiàn)了顯著裂隙，受風(fēng)化與水源侵蝕等因素影響，隨著時(shí)間推移，裂隙會(huì)演變?yōu)橥ǖ?，結(jié)構(gòu)容易被破壞。

3）圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差，容易出現(xiàn)損壞，這將會(huì)導(dǎo)致支護(hù)工藝失效，無法起到保護(hù)作用。

4）開采期間會(huì)產(chǎn)生劇烈震動(dòng)，這會(huì)導(dǎo)致頂板區(qū)域圍巖破壞情況進(jìn)一步加深，致使巷道發(fā)生變形，從而對(duì)后續(xù)開采作業(yè)開展造成不良影響。

3.2 巷道支護(hù)方案

綜合分析小巷道支護(hù)技術(shù)，最終寬度設(shè)置的小煤柱寬度為7.8 m，其與寬度為19.5 m 煤柱相比，承接能力會(huì)降低。具體作業(yè)開展時(shí)，為了使最小煤柱支護(hù)作用能夠得到合理發(fā)揮，避免發(fā)生嚴(yán)重浪費(fèi)現(xiàn)象，針對(duì)整個(gè)工作面巷道，應(yīng)當(dāng)采取全封閉加固技術(shù)進(jìn)行處理。

3.2.1 采用混凝土開展反底拱錨注

頂?shù)装迨懿捎靡蛩赜绊憰?huì)形成壓力，同時(shí)，受水侵影響會(huì)出現(xiàn)膨脹現(xiàn)象，上述內(nèi)容的出現(xiàn)都會(huì)導(dǎo)致小煤柱形狀發(fā)生變形，出現(xiàn)底鼓現(xiàn)象[4]。一般情況下，采取臥底方式難以實(shí)現(xiàn)根治，這主要是由于臥底后，會(huì)在較短時(shí)間內(nèi)發(fā)生二次底鼓現(xiàn)象。因此，要全面分析引起底鼓的因素，做好相應(yīng)分析作業(yè)，利用可行性方解決問題。針對(duì)煤礦工程的情況來看，采取的針對(duì)性方案：超挖0.25 m 后，繼續(xù)超挖，構(gòu)建反底拱結(jié)構(gòu)，沿著底拱垂直設(shè)置長(zhǎng)度為1.55 m 的空注漿錨桿；進(jìn)行底板表面混凝土回填作業(yè)，待24 h 后，混凝土強(qiáng)度可以達(dá)到設(shè)計(jì)的90%。

3.2.2 超前支護(hù)巷道

針對(duì)煤層工作面，需要利用加強(qiáng)支護(hù)技術(shù)處理超過煤層52.0 m 和工作面滯后區(qū)域90.5 m，具體支護(hù)采取一梁三柱方式進(jìn)行架棚，具體設(shè)置時(shí)，應(yīng)當(dāng)將間距控制在0.75 m。

3.2.3 加固小煤柱

進(jìn)行小煤柱加固時(shí)，為了保證加固效果能夠達(dá)到預(yù)期，可以采取注漿方式進(jìn)行加固，采取這一方式加固能夠提高小煤柱承載作用。設(shè)置錨桿時(shí)，間排距離為0.75 m，與幫底、幫頂相距0.3 m 設(shè)置錨桿，實(shí)際布置期間，每隔兩排錨桿應(yīng)當(dāng)設(shè)置一排空注漿錨索作為補(bǔ)充，其長(zhǎng)度為6 m。

3.2.4 做好圍巖支護(hù)作業(yè)

具體圍巖支護(hù)期間，為了提高維護(hù)效果可以采取U 型鋼結(jié)合鉸接梁，同時(shí)，要采取有效措施對(duì)圍巖進(jìn)行支護(hù)。工作面區(qū)域，U 型鋼與鉸接梁兩者能夠發(fā)揮出雙重作用，強(qiáng)化支護(hù)，設(shè)置的U 型鋼頂部與頂板相連接，而剩余部位則利用背面與兩幫背實(shí)。

3.2.5 噴漿封閉

通過對(duì)大量小煤柱支護(hù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)分析可以確定，小煤柱支護(hù)穩(wěn)定性相對(duì)較差，一旦受到采動(dòng)壓力影響，內(nèi)部容易出現(xiàn)裂隙，從而發(fā)生變形。若采空區(qū)出現(xiàn)涌水情況，可能會(huì)誘發(fā)水害問題[5]。由此可見，避免在這一期間，圍巖結(jié)構(gòu)性能遭受破壞，需要在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)具體情況進(jìn)行全面分析基礎(chǔ)上，加固處理巷道圍巖，噴層厚度為0.06 m。

3.3 小煤柱護(hù)巷支護(hù)應(yīng)用取得成效

針對(duì)本煤礦工程來說，小煤柱支護(hù)取得的成效如下：

1）采取全封閉支護(hù)措施，在相應(yīng)范圍處理煤層工作面中回風(fēng)巷小煤柱預(yù)留區(qū)域。觀察采用該項(xiàng)技術(shù)處理的巷道圍巖，做好相應(yīng)分析工作，通過分析可以確定，采取全封閉措施處理煤層巷道后，掘進(jìn)期間，頂?shù)装搴蛢蓭鸵平吭?4 d 后，幾乎沒有繼續(xù)發(fā)生改變，這一情況表明，巷道圍巖變形受掘進(jìn)周期影響相對(duì)較小，時(shí)間較短[6]。此時(shí)，梁板移近量達(dá)到了7.84 cm，而頂?shù)装逡平縿t達(dá)到了10.42 cm，經(jīng)過加固處理后，能夠確保巷道圍巖變形處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)[7]。

2）回采期間兩幫變形量和頂?shù)装迮c工作面相距越近，變形量越大，造成這一現(xiàn)象的主要原因就是兩幫變形量和頂?shù)装迮c工作面相距越近，其遭受采動(dòng)影響也就越大，這會(huì)導(dǎo)致圍巖活動(dòng)明顯；從現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況來看，與工作面相距超過125 m 之后，采動(dòng)作業(yè)對(duì)變量就不會(huì)產(chǎn)生較大影響。

3）回采開展與工作面距離后部28.5 m 范圍內(nèi)，受采動(dòng)影響相對(duì)較為嚴(yán)重。針對(duì)這一現(xiàn)象，可以利用超前一梁三柱方式架棚，通過這一方式處理，能夠保證巷道回采后，整個(gè)巷道處于相對(duì)完整狀態(tài)。

4 結(jié)語

采用7.8 m 煤柱作為該煤層作業(yè)面的回風(fēng)巷側(cè)支護(hù)措施，通過對(duì)具體應(yīng)用其情況來看，采用小煤柱護(hù)巷技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)圍巖情況的有效控制，而且實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)來看，具體應(yīng)用取得了不錯(cuò)應(yīng)用效果，而且對(duì)于下一區(qū)段作業(yè)面穩(wěn)固性、完整性都能夠起到維護(hù)作用。同時(shí)，還能夠保證巷道掘進(jìn)與回采期間，巷道穩(wěn)定性，減少事故的發(fā)生，提高煤礦開采效率。