特厚煤層小煤柱沿空掘巷圍巖控制技術實踐

雷春亮

（大同煤礦集團馬道頭煤業(yè)有限責任公司，山西 大同 037100）

近年我國煤礦采用小煤柱護巷和無煤柱開采、提高煤炭資源回收率已成為各大礦區(qū)主要發(fā)展方向。技術人員已對小煤柱護巷的煤柱留設寬度、圍巖控制技術等進行了一些研究，也取得了一些技術成果，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]。本文結合馬道頭礦地質情況，開展了特厚煤層留小煤柱沿空掘巷支護研究，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，煤層結構復雜，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工作面回風順槽，沿8210工作面采空區(qū)留8m小煤柱掘進，巷道凈寬5.2m，凈高3.5m，鋪底200mm。根據(jù)礦井地質資料和8210工作面皮帶順槽掘進地質揭露預測，5211回風順槽在掘進過程中會揭露多個斷層和破碎帶，會對順槽巷道安全掘進產生較大的影響。

2 留小煤柱沿空掘巷關鍵技術

2.1 煤柱寬度確定

3-5#煤層采用大采高放頂煤開采，開采強度大，礦壓顯現(xiàn)強烈，工作面開采后側向支承壓力影響區(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档蛥^(qū)內。5211回風順槽毛寬為5.4m，由此計算可知，留設小煤柱寬度不宜大于10.5m。為了保證巷道處于應力降低區(qū)，結合巷道埋深和煤體強度綜合確定，5211回風順槽沿空掘巷留設煤柱寬度為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度相對較大，加之工作面兩端頭不放煤及順槽頂板支護和煤體的作用，工作面兩端頭極易形成較大面積的懸頂，其懸臂梁的結構會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作用在小煤柱及巷道支護系統(tǒng)，使得巷道圍巖控制難度增大。因此，必須對端頭懸頂進行切頂卸壓，降低上區(qū)段工作面?zhèn)认蛑С袎毫Φ膹姸取?/p>

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

（2）密集切頂鉆孔。在2210皮帶順槽頂板距非采煤側巷幫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 沿空掘巷支護技術

3.1 正常區(qū)錨網(wǎng)支護

（1）頂板支護

沿空掘巷頂板采用“錨桿+錨索+W鋼帶+槽鋼+鋼筋網(wǎng)”進行支護。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的預應力托盤，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，外側距巷幫175mm；錨桿設計錨固力不小于120kN，預緊力距不小于300N·m。錨索采用直徑為17.8mm的預應力鋼絞線，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預應力托盤；錨索預緊力為200kN。頂板鋪設鋼筋網(wǎng)進行護表。

圖1 巷道頂板支護圖

（2）巷幫支護

巷幫采用“錨桿+錨索+W鋼托盤+金屬網(wǎng)”進行支護。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的預應力托盤和規(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1根W型鋼托盤預巷道軸向平行布置；錨桿設計錨固力不小于120kN，預緊力距不小于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，隨著工作面掘進先施工每排為3根的錨索，滯后掘進工作面一定距離間隔補打2根錨索（間排距如圖2所示）；錨索預緊力不小于150kN。采用菱形金屬網(wǎng)進行護表。

圖2 巷道兩幫支護圖

3.2 地質異常區(qū)加強支護

由于5211回風順槽掘進區(qū)域存在多個地質構造、破碎帶等地質異常區(qū)，因此，在巷道掘進通過地質異常區(qū)時，在錨網(wǎng)支護的基礎上，必須對巷道進行加強支護[4-5]。（1）在掘進通過地質異常區(qū)時，巷幫錨索在掘巷后必須及時施工，不可滯后施工；（2）在巷道掘進過后必須及時進行架棚支護，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，在掘進工作面后方不影響施工區(qū)域，在中間打設一根DW-45型單體支柱，單體支柱距煤柱側巷幫1.6m，距煤體側巷幫3.4m。

4 巷道圍巖控制效果分析

5211回風順槽與8210工作面采空區(qū)留8m小煤柱沿空掘巷，總計施工826m，在巷道內每隔80m左右布置1個巷道表面位移觀測測站，共10個，對巷道掘進期間圍巖變形進行觀測。選取一個典型測點進行分析（如圖3所示）。在巷道掘進過程中，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 結語

結合馬道頭礦地質情況，通過分析以往工作面?zhèn)认蛑С袎毫τ绊懛秶_定工作面?zhèn)认蛑螇毫档蛥^(qū)的寬度，合理留設沿空掘巷煤柱寬度。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)支護控制沿空掘巷圍巖穩(wěn)定。井下實測顯示，留設8m小煤柱沿空掘進順槽巷道在掘進期間，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。