沿空掘巷小煤柱支護優(yōu)化設(shè)計研究

趙 晨

（同煤集團煤峪口礦，山西 大同 037003）

同煤集團煤峪口礦近年煤礦年產(chǎn)量可達到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，降低對巷道的破壞，對14#煤層8713 工作面沿空巷道的小煤柱支護進行優(yōu)化設(shè)計。

1 工作面概況

同煤集團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)保護煤柱相鄰，西南部與8711 采空區(qū)大煤柱相鄰，整個工作面可開采長度390 m[2]。對8713 工作面進行預(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，威脅開采的順利進行。

2 原支護方案分析

原有的支護設(shè)計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。在沿空巷道掘進時，由于巷道變形破壞情況比較嚴重，在對巷道進行多次返修后，在短時間掘進后又出現(xiàn)大范圍的破壞。由于小煤柱留設(shè)寬度的不合理，使得巷道長期處在應(yīng)力比較集中的區(qū)域，在掘進過程中出現(xiàn)變形破壞。巷道頂板的主要成分是炭質(zhì)泥巖，如果支護的阻力達不到要求，或是支護的密度不夠大時，很容易出現(xiàn)頂板裂隙，進而導(dǎo)致巷道出現(xiàn)大面積下沉，而且煤層之間的粘結(jié)力不好也會增加巷道支護的難度。因此需要對支護結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，主要包括兩部分內(nèi)容：

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

（2）由于相鄰采空區(qū)一側(cè)的巷幫收縮現(xiàn)象嚴重，頂板裂隙導(dǎo)致大面積下沉，需對巷道側(cè)幫的支護強度進行有針對性的增強。

3 優(yōu)化支護方案

3.1 煤柱留設(shè)寬度

根據(jù)煤峪口礦8713 工作面的實際情況以及原支護結(jié)構(gòu)的影響，對煤柱寬度進行模擬，如圖1 所示。從圖1（a）看出，當(dāng)煤柱寬度小于5 m 時，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，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，巷道處于穩(wěn)定狀態(tài)，但是如果煤柱留存過寬，會造成資源浪費。因此，對小煤柱留設(shè)寬度進行改進，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 支護方式

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

（1）巷道頂部設(shè)計支護方式。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體煤幫一側(cè)的頂板上。

圖2 優(yōu)化巷道支護示意圖

（2）煤柱幫一側(cè)設(shè)計支護方式。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 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）實體煤幫一側(cè)設(shè)計支護方式。在實體煤幫一側(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，型號為K3535。在實體煤幫一側(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)布置兩個注漿孔，每個孔的間距為1500 mm×2000 mm，孔的直徑為27 mm。首先對巷道50 m 進行噴漿、打眼以及注漿。在進行注漿時，堅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 范圍后進行檢查，對漏漿的地方要進行封堵，采用棉紗或錨固劑進行補漏。待全部檢查完成后，需對注漿孔進行最終的封孔，將棉紗用水泥或錨固劑配合后進行封孔。封孔一般約300～500 mm 左右。

4 應(yīng)用結(jié)果

為了測試8713 工作面小煤柱支護優(yōu)化后的效果，對巷道兩幫的變形量和巷道頂?shù)装宓淖冃瘟窟M行觀測，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30 m 左右時比較大，變形量高達70%，而在掘進50 m 后，巷道變形量明顯減小，在掘進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螅冃瘟靠傮w呈下降趨勢，在掘進100 m 后，變形量慢慢趨于穩(wěn)定。

圖4 巷道頂?shù)装遄冃瘟?/p>