特厚煤層大斷面巷道窄煤柱護巷圍巖控制技術

溫振華

（大同煤礦集團有限責任公司 總調度室，山西 大同 037003）

區段煤柱的留設尺寸直接關系礦井煤炭資源回收率、礦井的服務年限，采用窄煤柱護巷，由于煤柱受動壓影響，裂隙發育，整體性差，巷道礦壓顯現強烈，控制難度大。眾多專家學者針對不同條件下窄煤柱護巷圍巖變形及控制技術進行了研究，分析了圍巖變形特征及其支護對策［1-5］。但是由于煤礦地質條件復雜，差異性較大，現場應用中存在各在不同特點，需針對具體地質條件進行研究。

1 工程概況

塔山煤礦二盤區5204-2順槽為8204-2工作面回風順槽，5204-2順槽巷道位于本井田的東南部、二盤區的東北部，巷道西北部為實煤區，西南部為8204采空區水平間距最小處6m，東北部為2204-2巷，東南部為二盤區的盤區大巷。8204-2工作面回采煤層為3#～5#煤，煤層傾角1°～3°，平均埋深500 m，煤層厚度為11.91～22.26m，平均15.22 m，純煤厚為11.54～15.84m，平均13.43 m，含夾矸2～9層，夾矸單層厚度0.36～6.81m，平均1.49 m。夾矸巖性為黑色炭質泥巖，灰黑色、褐色高嶺質泥巖、高嶺巖、泥巖、砂質泥巖，煤層上部局部受煌斑巖侵入影響硅化、變質。5204-2巷正巷76.6～403.5 m范圍是煤柱變化段，中部切眼需開掘絞車硐室，絞車硐室里幫距2204幫部最小距離為3.6 m。因此，煤柱寬度由55.4～3.6m，其中353.5～403.5 m范圍是噴漿段（見圖1）。該段巷道掘進寬度5500mm，高度3800mm，掘進斷面為20.9 m2，凈斷面為19.8m2，巷道沿底板掘進，頂煤8.3 m。

圖1 巷道布置

2 窄煤柱護巷圍巖變形因素分析

2.1 強回采動壓影響

塔山礦主采3#～5#煤層為特厚煤層，5204-2順槽西南部為8204工作面采空區，8204工作面采用放頂煤開采，由于其回采煤層厚度大，必然會引起上覆巖層大范圍移動，工作面老頂發生大范圍的回轉變形，產生強烈的動壓現象，且側向支承壓力影響范圍增大，工作面側幫煤體長時間承受采動壓力的影響，煤體發生變形破壞。

2.2 掘進動壓影響

5204-2順槽掘進寬5500mm，高3800 mm，掘進斷面為20.9 m2，沿空掘進，巷道掘進過程中會產生掘進動壓影響，由于巷道斷面大，導致巷道圍巖塑性破壞范圍增大，也會引起圍巖應力環境惡化，誘發巷道頂板煤巖層內拉應力提高，增加了沒巖層離層、冒落風險［4］。

2.3 錨桿支護質量

由于5204-2順槽在正巷76.6～403.5m范圍，煤柱寬度由55.4m逐漸減小到3.6 m，在工作面動壓和掘進動壓共同影響下，煤柱內離層裂隙發育，煤柱變小時則完全處于塑性區范圍內。煤柱煤體的塑性破壞，易導致錨桿錨固松動，造成錨桿支護失效，支護對煤柱變形約束性能弱化［5］。

3 巷道圍巖控制技術

通過對5204-2巷圍巖變形原因分析，為保證巷道圍巖穩定，結合礦井現場實際，提出以下控制措施：

1）強化施工管理，杜絕巷道超挖。由于5204-2順槽距8204工作面采空區最小距離為3.6 m，因此，5204-2順槽掘進距中部切眼50 m，即353.5～403.5 m范圍，應及時放線，準確控制巷道走向，防止偏差；每循環割煤前畫輪廓線時，巷中距左幫尺寸縮小100 mm，割煤后不符合設計尺寸處采用人工風鎬刷擴。

2）調整施工順序，及時進行支護。掘進至中部切眼位置時，巷道掘進寬度按照5204-2寬度掘進，預留絞車硐室暫不掘進，并及時噴漿封閉，防止幫部煤層風化。待中部切眼擴切后方可施工絞車硐室，絞車硐室采用人工刷擴，每排刷擴后立即支護。

3）施工混泥土墻，提高支護強度。由于中部切眼絞車硐室施工后，其距8204采空區最小距離為3.6 m，有其煤柱極窄，煤柱在采動壓力影響下煤體裂隙極其發育，承載強度低，為提高煤柱護巷效果，在施工完絞車硐室后立即施工混泥土墻，保護煤柱，混泥土墻和煤柱共同承載，降低動壓對煤柱的影響。

4）優化錨桿支護。錨桿支護是巷道支護的主體，通過錨桿的作用，調動圍巖自身承載能力，時期與圍巖共同承載，從而達到控制巷道圍巖的目的，因此優化巷道錨桿支護有著至關重要的作用。

5）建立長效監測監控體系，及時補強支護。生產技術部、掘進管理部及施工隊組定期對窄煤柱區域巷道圍巖變形，錨桿錨索受力情況進行觀測，巷道圍巖變形大、錨桿（索）失效時應加強支護，補打錨桿（索）。

4 錨桿支護參數

5204-2順槽煤柱變化區域采用錨桿+錨索+鋼帶+鋼護板+金屬網支護，在距中部切眼50 m開始采用強度為C20的混泥土及時噴漿封閉圍巖，全斷面噴漿厚度100mm，地坪厚度200 mm。

4.1 正常段支護參數

（1）頂板支護

頂錨桿采用Φ22 mm、L=2500 mm左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，排間距1800mm×900 mm，配套規格為4800mm×280mm×3.75mm的W鋼帶，托板采用150mm×150mm×10mm高強度拱形托板，錨桿采用加長錨固，頂錨桿采用兩支樹脂藥卷，一支為MSK2335，另外一支為MSZ2360，上部快速、下部中速，頂錨桿錨固長度不小于1.4 m，錨固力要求不低于80 kN；錨索采用Φ=21.8 mm、長度L=8300/6300 mm，JW鋼帶規格為5000mm×330 mm×6mm，排間距1800mm×900 mm，配套托盤規格200mm×200mm×12 mm，錨索采用端頭錨固，采用三支樹脂藥卷，一支MSK2335，兩支為MSZ2360，Φ21.8 mm錨固長度不小于1.78 m；頂部增加組合錨索（五眼）支護，排間距1800 mm×1800 mm，每排施工三組。鋼絞線Φ=21.8 mm，中間錨索L=10300mm，對角錨索分別為L=8300 mm、L=6300 mm，托板采用600mm×600mm×16 mm的普通方形鐵托板。采用網格為50mm×50 mm菱形金屬網護頂（見圖2）。

圖2 巷道頂板支護

（2）巷幫支護

兩幫支護上部采用三根Φ21.8 mm×5300 mm錨索，最上部兩根錨索配套規格1400mm×330 mm×6mm的JW鋼帶和200mm×200mm×12mm托盤支護；第三根采用單體錨索配套300 mm×300 mm×14mm高強度拱形托盤支護；最底部一根采用Φ22 mm×2500mm左旋無縱筋螺紋鋼錨桿支護，W鋼護板規格為450mm×280mm×4.75 mm，托板采用150mm×150mm×10mm高強度拱形托板，排間距900mm×900 mm；巷道兩側打設Φ=21.8 mm、長度L=5300mm的錨索，排距為1800 mm，托梁采用600mm的11#礦用工字鋼。幫錨桿采用一支樹脂藥卷，為MSZ2360，幫錨桿錨固長度不小于0.9m，錨固力不低于6 kN，頂幫預緊力矩不小于200N·m。采用網格為70mm×70mm菱形金屬網護幫（見圖3）。

圖3 巷道幫部支護

4.2 特殊段支護參數

（1）圍巖破碎段

巷道頂幫破碎區域，打設3000 mm長的超前鋼針，鋼針每循環1800mm打設一組、間距200mm布置。頂部錨桿全部調整為錨索。錨索采用Φ=21.8 mm、長度L=8300/6300mm，配JW鋼帶規格為4500 mm×330mm×6mm，排間距900mm×1000 mm，錨索配套托板規格200mm×200mm×12 mm。

（2）煤柱極窄區域

巷道掘進至煤柱距離6～7.5 m對應位置時，由于煤柱變窄，為保證支護質量，調整該區域錨索支護參數，前掘方向巷道左幫采取Φ21.8 mm×4300 mm錨索支護，其余參數不變。

5 支護效果

通過后期對巷道圍巖變形和錨桿（索）受力觀測，及時對失效錨桿（索）進行補打，保證巷道支護效果。觀測表明，塔山煤礦5204-2順槽采取以上控制措施后，巷道圍巖變形得到有效控制，該區域巷道頂底板移近量最大為195 mm，兩幫最大收斂變形量為268 mm，完全滿足巷道安全生產要求。

6 結語

1）鄰近工作面強動壓與大斷面巷道掘進動壓疊加作用，導致了煤柱裂隙發育，整體性差，從而使得錨桿支護質量降低，產生錨桿失效現象，形成惡性循環。

2）強化施工管理，杜絕巷道超挖，保證護巷煤柱尺寸，在施工時及時進行支護，噴漿封閉防止圍巖風化破壞，形成錨桿支護與圍巖的統一承載體，并在絞車硐室極窄煤柱區域施工混泥土墻與煤柱共同承載，建立長效監測監控體系，及時補強支護，是窄煤柱巷道圍巖控制的關鍵。