小煤柱護巷技術在厚煤層中的應用

李志崗

（汾西礦業集團曙光煤礦，山西 孝義 032300）

現代煤礦開采期間，一次開采高度、開采深度不斷加大，同時，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，采用小煤柱護巷技術，能夠保證煤礦開采作業順利進行，提高開采效率，避免開采過程中發生安全事故，造成人員傷亡。

1 小煤柱護巷機理

一般來說，巷道圍護效果會隨著煤柱變寬而提高，但是，巷道維護效果與護巷寬度之間并非呈正比關系。煤礦回采穩定后，在接近采空區附近會出現應力降低區。因此，在煤礦實際開采期間，可以將巷道布置在應力江地區，利用窄煤柱護巷局可以實現對巷道的保護，保證巷道穩定，避免發生坍塌等事故[1]。

通過對大量實測數據資料發現，巷道圍巖移近量與煤柱寬度的關系，如圖1 所示，這可以作為判斷煤柱穩定性的關鍵參數。沿著煤柱寬度方向一共分為三個部分，其中Ⅰ-Ⅱ為持續上升段，其中Ⅱ點表示達到巷道移近量最大值，Ⅱ-Ⅴ段持續下降，Ⅴ點后則趨于了平衡狀態，因此，在實際作業開展時，從安全、經濟、施工難易程度等多個方面綜合考慮，最終決定小煤柱寬度應在Ⅰ點與Ⅱ點兩者之間。

圖1 巷道圍巖移近量與煤柱寬度關系

2 控制沿空掘巷圍巖思路

2.1 確保圍巖支護強度和剛度滿足要求

煤礦開采期間，若未依據實際情況做好圍巖控制，實際作業開展期間，將會導致掘進過程中發生損壞或變形等問題，同時，也會提高回采期間，控制圍巖難度。因此，需要提高圍巖支撐強度與剛度，而為了達到這一目的，需要采用高質量材料進行支護，提高圍巖支護強度，保證煤礦開采期間不會發生事故，這一方面能夠提高開采效率，另一方面也可以避免出現人員傷亡等問題。

2.2 加強對薄弱位置的控制

依據過去總結的工作經驗來看，小煤柱沿空掘巷，煤柱會發生較為嚴重的變形現象，對于矩形巷道煤柱側直角部分，容易出現內擠或網兜現象，這也是整個巷道中較為薄弱區域[2]。因此，應當采取支護方式處理煤柱側直角處，關鍵方式就是采用更好擴散支護設備和實時增加方式處理，提高預應力，實現對巷道的保護。

2.3 綜合考慮控制效果與成本

在分析小煤柱沿空掘進巷道時，不僅要提升巷道支護強度，保證圍巖控制效果能夠達到預期，而且還要考慮后續掘進時的作業效率，以及支護中采用設備的成本，在保證開采安全、順利基礎上，提高經濟效益。因此，對于巷道圍巖中薄弱與穩固區域應當區別對待，采取不同支護設備進行處理，采用先進技術處理，提高巷道穩定性，降低處理成本[3]。

3 煤礦工程中制定的巷道支護方案

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，朝向頂板掘進區域不存在大型地質結構，巷道高度約為3.2 m，寬度約為4 m。基本頂自身結構相對較為松散，實際開采作業期間，會隨著掘進作業進行發生脫落現象，整體圍護起來難度較大，對底板部位進行分析可以發現，底部區域以泥質砂巖為主，一旦遇水，容易膨脹。工作面預留設置煤柱寬度約為19.5 m，控制圍巖效果未達到預期，整個巷道存在較大變形量，底鼓區域較為嚴重，造成這一現象的主要原因有以下幾點：

1）底板巖層以泥巖和泥質砂巖為主，遇水后容易吸水從而發生膨脹現象，導致底板發生底鼓問題。

2）煤層構造為復合方式，出現了顯著裂隙，受風化與水源侵蝕等因素影響，隨著時間推移，裂隙會演變為通道，結構容易被破壞。

3）圍巖結構穩定性差，容易出現損壞，這將會導致支護工藝失效，無法起到保護作用。

4）開采期間會產生劇烈震動，這會導致頂板區域圍巖破壞情況進一步加深，致使巷道發生變形，從而對后續開采作業開展造成不良影響。

3.2 巷道支護方案

綜合分析小巷道支護技術，最終寬度設置的小煤柱寬度為7.8 m，其與寬度為19.5 m 煤柱相比，承接能力會降低。具體作業開展時，為了使最小煤柱支護作用能夠得到合理發揮，避免發生嚴重浪費現象，針對整個工作面巷道，應當采取全封閉加固技術進行處理。

3.2.1 采用混凝土開展反底拱錨注

頂底板受采用因素影響會形成壓力，同時，受水侵影響會出現膨脹現象，上述內容的出現都會導致小煤柱形狀發生變形，出現底鼓現象[4]。一般情況下，采取臥底方式難以實現根治，這主要是由于臥底后，會在較短時間內發生二次底鼓現象。因此，要全面分析引起底鼓的因素，做好相應分析作業，利用可行性方解決問題。針對煤礦工程的情況來看，采取的針對性方案：超挖0.25 m 后，繼續超挖，構建反底拱結構，沿著底拱垂直設置長度為1.55 m 的空注漿錨桿；進行底板表面混凝土回填作業，待24 h 后，混凝土強度可以達到設計的90%。

3.2.2 超前支護巷道

針對煤層工作面，需要利用加強支護技術處理超過煤層52.0 m 和工作面滯后區域90.5 m，具體支護采取一梁三柱方式進行架棚，具體設置時，應當將間距控制在0.75 m。

3.2.3 加固小煤柱

進行小煤柱加固時，為了保證加固效果能夠達到預期，可以采取注漿方式進行加固，采取這一方式加固能夠提高小煤柱承載作用。設置錨桿時，間排距離為0.75 m，與幫底、幫頂相距0.3 m 設置錨桿，實際布置期間，每隔兩排錨桿應當設置一排空注漿錨索作為補充，其長度為6 m。

3.2.4 做好圍巖支護作業

具體圍巖支護期間，為了提高維護效果可以采取U 型鋼結合鉸接梁，同時，要采取有效措施對圍巖進行支護。工作面區域，U 型鋼與鉸接梁兩者能夠發揮出雙重作用，強化支護，設置的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。

3.2.5 噴漿封閉

通過對大量小煤柱支護經驗進行總結分析可以確定，小煤柱支護穩定性相對較差，一旦受到采動壓力影響，內部容易出現裂隙，從而發生變形。若采空區出現涌水情況，可能會誘發水害問題[5]。由此可見，避免在這一期間，圍巖結構性能遭受破壞，需要在對現場具體情況進行全面分析基礎上，加固處理巷道圍巖，噴層厚度為0.06 m。

3.3 小煤柱護巷支護應用取得成效

針對本煤礦工程來說，小煤柱支護取得的成效如下：

1）采取全封閉支護措施，在相應范圍處理煤層工作面中回風巷小煤柱預留區域。觀察采用該項技術處理的巷道圍巖，做好相應分析工作，通過分析可以確定，采取全封閉措施處理煤層巷道后，掘進期間，頂底板和兩幫移近量在24 d 后，幾乎沒有繼續發生改變，這一情況表明，巷道圍巖變形受掘進周期影響相對較小，時間較短[6]。此時，梁板移近量達到了7.84 cm，而頂底板移近量則達到了10.42 cm，經過加固處理后，能夠確保巷道圍巖變形處于相對穩定狀態[7]。

2）回采期間兩幫變形量和頂底板與工作面相距越近，變形量越大，造成這一現象的主要原因就是兩幫變形量和頂底板與工作面相距越近，其遭受采動影響也就越大，這會導致圍巖活動明顯；從現場的實際情況來看，與工作面相距超過125 m 之后，采動作業對變量就不會產生較大影響。

3）回采開展與工作面距離后部28.5 m 范圍內，受采動影響相對較為嚴重。針對這一現象，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，整個巷道處于相對完整狀態。

4 結語

采用7.8 m 煤柱作為該煤層作業面的回風巷側支護措施，通過對具體應用其情況來看，采用小煤柱護巷技術可以實現對圍巖情況的有效控制，而且實際應用經驗來看，具體應用取得了不錯應用效果，而且對于下一區段作業面穩固性、完整性都能夠起到維護作用。同時，還能夠保證巷道掘進與回采期間，巷道穩定性，減少事故的發生，提高煤礦開采效率。