綜放工作面沿空留巷煤柱寬度優化及支護技術

張樹林

【摘 要】 沿空留巷技術為實現煤炭資源的高采出率提供了可能，而巷道圍巖的支護方式以及煤柱的合理寬度是沿空留巷技術成敗的關鍵。本文以楊村煤礦掘進工作面為研究背景，探究新支護方式及煤柱寬度下巷道圍巖的穩定性，現場實測結果表明：5m煤柱及優化支護方案可有效控制沿空掘巷圍巖的變形，保證了煤炭資源安全高產高效開采。

【關鍵詞】 沿空留巷;采出率;支護方式;煤柱寬度

【中圖分類號】 TD32 【文獻標識碼】 A 【文章編號】 2096-4102（2021）02-0012-03

本文以兗州煤業股份有限公司某煤礦334軌道順槽為工程背景，采用5m煤柱及優化支護方案后，通過現場實測反映了巷道圍巖的變形情況，此研究結果可為類似工程地質條件下的綜放沿空留巷技術提供借鑒與參考。

1工程概況

334軌道順槽屬于334工作面回采巷道。334軌道順槽設計總長度261.13m，其中與334切眼垂直段86.6m。334軌道順槽主要沿3號煤煤層底板掘進。煤層厚度6.9～8.0m，平均7.88m。工作面頂底板煤巖情況如表1所示。

334軌道順槽斷面形式為梯形，斷面的尺寸為：上部4.4m、下部5m，巷道凈高3.55m。巷道原支護方式為“錨+網+索”，巷道的頂板布設間排距800mm×800mm的5根2m錨桿;在巷道的兩幫每排布設間排距900mm×800mm的3根1.8m錨桿;巷道頂板每間隔3排錨桿布置1排15.24mm×7400mm、間排距2100mm×2400mm的錨索。

2煤柱寬度

根據該煤礦實際地質情況，并通過FLAC3D數值軟件建立3m、4m、5m、6m、7m、8m、9m、10m不同煤柱寬度下的三維數值模型，探究各工況掘334軌道順槽以及回采工作面的過程中巷道圍巖變形特征，通過對比分析數值模擬結果，確定合理的煤柱寬度。不同工況下巷道掘進、回采過程中沿空巷道圍巖應力曲線圖如圖1、圖2所示。

從圖1可以看出，當煤柱的寬度增大時，其對上覆地層的支撐能力也在隨之增大。設置3～5m寬的煤柱時，煤柱的峰值應力從約10.2MPa增加到約17.3MPa;當立柱寬度為6m時，峰值應力迅速增大，應力過大導致支撐困難。

從圖2可以看出，當設置煤柱3～6m時，煤柱的峰值應力呈均勻上升趨勢，應力從11.2MPa左右增加到20.4MPa左右。當煤柱寬為3m時，平均應力分布較為平均，煤柱中的垂直應力相對于掘進階段不會發生變化，這是由于煤柱在超前支護應力峰值處的高應力對承載力的破壞，頂板降低支護能力;煤柱寬度4m、5m，煤柱中心形成較小的應力中心;隨著煤柱寬度增加到7m，煤柱的峰值應力明顯增大，為27.3MPa。當煤柱寬度為8～10m時，其應力值較大，圍巖支護時相對較困難。

通過比對不同寬度煤柱下巷道圍巖的應力值可看出，當留設寬度為5m的煤柱時，煤柱整體所受應力的效果比其他寬度下的煤柱較好，所以在綜放沿空留巷時選用5m寬的煤柱。

3支護方式優化

根據沿空留巷煤柱確定的寬度，巷道斷面采用錨、網、梯、鋼帶、錨索支護，見圖3。

錨桿：巷道頂板選用MSGLW-500/22×2200左旋無縱肋螺紋鋼樹脂錨桿;巷道兩幫采用MSGLD-500/20×2200左旋等強螺紋鋼式樹脂錨桿，托盤采用150×150×10mm正方形碗狀鋼托盤（頂板采用T型鋼帶和鋼帶托盤）。

錨固劑：頂板錨桿每孔使用MSCKb2350型和MSCKb2370型錨固劑各1卷，兩幫錨桿每孔使用MSCKb2370型錨固劑1卷。

菱形網選用LW-50/4-SZ型菱形網，每隔0.2m采用直徑14的鐵絲聯接一扣，每扣擰2～3圈，聯接后鐵絲方向一致，并將鐵絲頭壓入菱形網內，搭接長度為100mm。

頂板采用T型鋼帶（配專用托盤），巷幫使用鋼筋梯進行支護，鋼筋梯采用Φ10mm圓鋼加工，寬80mm。

錨索：沿巷中布置，施工在兩鋼帶之間，排距1900mm（頂板不完整時根據現場情況可縮小錨索排距）。錨索采用SKP18-1/1860×7000的礦山專用錨索，每孔配用2卷MSCKb2370的錨固劑、1卷MSCKb2350的錨固劑。托盤采用Q345B材質、抗拉強度380MPa及以上的碳素結構鋼板加工而成的蝶形托盤，規格為300×300×16mm，預緊力不小于150kN，錨固力不小于180kN。

4巷道圍巖變形監測

在距回采工作面50米、100米處布置JSS30A數顯收斂計監測巷道圍巖的變形，并根據所測數據的平均值繪制圍巖變形速率和變形量曲線圖，如圖4、圖5所示。

從圖4、圖5可以看出，在同段時間內優化支護方案比原支護方案前的圍巖位移總量以及變形速率要小很多，巷道兩幫變形量最大減少了13.52mm，巷道頂板沉降量最大減少了11.24mm，采用該支護方式后巷道圍巖變形得到了有效控制。

為監測巷道頂板圍巖內部離層情況，在距離工作面30米以及60米位置處布設裝有LBTY-1型的頂板離層指示儀的兩個測站，并將所測得的數據繪制曲線，如圖6所示。

從圖6可以看出，在軟巖巷道頂板圍巖內部離層監測的整個過程中，巷道圍巖內部各個監測點與巷道圍巖表面各點相比，其變形量相差不大，且在13天左右頂板離層趨于穩定，說明優化后的支護方案有效地控制了沿空掘巷圍巖的變形。

5結語

通過現場實踐以及巷道圍巖監測數據表明：采用5m煤柱及優化后的支護方案后，巷道圍巖的變形量顯著減小，同時巷道頂板圍巖內部離層值也相對較小，與原支護方案相比，更能有效控制沿空掘巷圍巖的變形，提高沿空掘巷圍巖的穩定性。

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