小煤柱沿空掘巷支護(hù)控制實(shí)踐的研究

田 雷

（大同煤礦集團(tuán)宏泰礦山工程建設(shè)有限責(zé)任公司，山西 大同 037003）

大同煤礦集團(tuán)同忻煤礦年產(chǎn)量1200萬t，采用綜采放頂煤采煤法，主采石炭二疊系3～5#煤層。為提高煤炭資源的回收率，公司委托宏泰礦山工程建設(shè)公司對(duì)8305工作面5303巷道的小煤柱沿空掘巷支護(hù)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化。

1 概況

同忻煤礦3～5#煤層厚度7.24～17.98m，平均厚度13.05m；煤層傾角1～2°，平均1.5°；厚度較穩(wěn)定，煤種為1/3焦煤，夾矸7層。3～5#煤頂板直接頂為細(xì)砂巖，平均厚度約為4.68m，屬穩(wěn)定巖層。

5305巷正巷斷面優(yōu)先選用矩形，在滿足通風(fēng)、運(yùn)輸、行人、管線架設(shè)、設(shè)備安裝等要求的前提下，距上一工作面采空區(qū)5m留設(shè)煤柱，掘進(jìn)寬度為5500mm，高度為3800mm，掘進(jìn)斷面20.9m2。

2 巷道布置

5305巷位于三盤區(qū)3～5#煤層；標(biāo)高：831.5～844.5m；工程量：從2307回風(fēng)繞道西幫起；坡度：沿煤層底板掘進(jìn)；中腰線：嚴(yán)格按照地測(cè)部門下發(fā)的井下工程測(cè)量給線通知單施工；開口位置：5305巷掘進(jìn)從 2307巷 139.4m 處南幫；方位角：234°15′17″。巷道斷面設(shè)計(jì)見表1。

表1 斷面尺寸及工程量匯總表

巷道開口：5305進(jìn)料系統(tǒng)巷及5305巷正巷開口使用人工支設(shè)5m，開口處使用三組組合錨索，待支護(hù)完好后再進(jìn)行人工支設(shè)。巷道施工順序：5305進(jìn)料系統(tǒng)巷→5305巷。

3 小煤柱沿空掘巷巷道支護(hù)設(shè)計(jì)方案

按《同煤國(guó)電同忻煤礦有限公司西5205巷沿空掘巷研究報(bào)告》（即5305巷沿空掘巷實(shí)施方案）中的要求執(zhí)行支護(hù)方式，5305巷采用“錨索、錨桿、W鋼帶、JW鋼帶、金屬網(wǎng)、噴砼”聯(lián)合支護(hù)。頂錨桿選用Ф22-M24-2500mm的左旋無縱筋螺紋鋼錨桿；頂錨索選用Ф21.8-1×19-8300mm、Ф21.8-1×19-6300mm鋼絞線吊掛JW鋼帶；8#菱形金屬網(wǎng)，網(wǎng)格50×50mm，Ф6圓鋼鋼筋網(wǎng)金屬網(wǎng)，網(wǎng)格50×50mm。所有支護(hù)材料均符合設(shè)計(jì)要求且有檢驗(yàn)報(bào)告和合格證。根據(jù)臨近巷道支護(hù)經(jīng)驗(yàn)，穩(wěn)定的砂巖層適合采用錨網(wǎng)支護(hù)，因此5305巷采用“錨索、錨桿、W鋼帶、JW鋼帶、金屬網(wǎng)、噴砼”聯(lián)合支護(hù)。

3.1 錨桿布置

頂錨桿采用Ф22-M24-2500mm左旋無縱筋螺紋錨桿支護(hù)，每排6根錨桿，以巷道中心線對(duì)稱布置，采用BHW5000×280×3.75-900-6鋼帶，配合150×150×10mm可調(diào)心鋼托板，眼距為0.9m，錨桿排距0.9m。

采煤幫：幫錨桿采用Ф22-M24-3000mm左旋無縱筋螺紋錨桿支護(hù)，第一排、第四排錨全部為錨桿，第二排與第三排與錨索間隔布置。幫支護(hù)間排距為900×900mm。

煤柱幫：幫錨桿采用Ф22-M24-3000mm左旋無縱筋螺紋錨桿支護(hù)，第四排錨全部為錨桿，第二排與第三排與錨索間隔布置。幫支護(hù)間排距為900×900mm。

3.2 錨索布置

頂錨索：采用Ф21.8-1×19-8300mm，Ф21.8-1×19-6300mm預(yù)應(yīng)力鋼絞線配合JW鋼帶5000×330×6、200×200×12mm高強(qiáng)度錨索專用托盤聯(lián)合布置，每排6根錨索，沿巷道中心布置，間排距：900×2700mm。Ф21.8-1×19-8300mm，Ф21.8-1×19-6300mm預(yù)應(yīng)力鋼絞線間隔布置。組合錨索采用21.8鋼絞線，中間長(zhǎng)10300mm，兩角分別是2根8300mm鋼絞線、2根6300mm鋼絞線，對(duì)角布置，間排距為2700×2400mm。

幫錨索：煤柱側(cè)：采用Ф17.8-1×7-4300mm預(yù)應(yīng)力鋼絞線配合300×300×10mm高強(qiáng)度拱形托板聯(lián)合布置，在第一排全部以及第二排、第三排幫支護(hù)與螺紋鋼錨桿間隔布置。間排距為900×900mm。另距底板3100mm處施工一排幫錨索，采用Ф21.8-1×19-5300mm預(yù)應(yīng)力鋼絞線配合JW鋼帶2300×330×6，200×200×12mm高強(qiáng)度錨索專用托盤聯(lián)合布置，間距為900mm。

采煤側(cè)：采用Ф21.8-1×19-5300mm預(yù)應(yīng)力鋼絞線配合300×300×14mm高強(qiáng)度拱形托板聯(lián)合布置，在第二排、第三排幫支護(hù)與螺紋鋼錨桿間隔布置，間排距為900×900mm。另距底板3100mm處施工一排幫錨索，采用Ф21.8-1×19-5300mm預(yù)應(yīng)力鋼絞線配合JW鋼帶2300×330×6，200×200×12mm高強(qiáng)度錨索專用托盤聯(lián)合布置，間距為900mm。

角錨索：采用Ф21.8-1×19-5300mm預(yù)應(yīng)力鋼絞線吊掛600mm短節(jié)工字鋼配合300×300×14高強(qiáng)度拱形托板布置。每1800mm施工一對(duì)。

煤柱幫全部及頂板距煤柱幫1500mm范圍內(nèi)噴漿厚度為100mm，巷道底板鋪底厚250mm。

4 實(shí)踐應(yīng)用效果分析

在5303巷道掘進(jìn)期間。巷道掘進(jìn)1～4d內(nèi)圍巖運(yùn)動(dòng)劇烈，5～7d后，巷道圍巖運(yùn)動(dòng)速率逐漸減小并趨于穩(wěn)定。通過掘進(jìn)期間圍巖變形圖（如圖1）可以看到：巷道兩幫最大變形速率為34mm/d，兩幫最大移近量達(dá)到167mm，其中實(shí)體煤幫移近量為52mm，占巷道兩幫最大移近量的31.2%；沿空煤幫移近量為115mm，占巷道兩幫最大移近量的相對(duì)移近量的68.8%。頂板最大變形速率為9mm/d。巷道頂?shù)鬃畲笠平窟_(dá)到35mm，其中頂板下沉量為12mm，底臌量為23mm。巷道頂板整體離層量最大為4mm，變化不明顯，無異常變形出現(xiàn)。

圖1 掘進(jìn)期間圍巖變形圖

回采期間，工作面支承壓力超前影響范圍距工作面煤壁約為45m，其中24m以內(nèi)為支承壓力影響增高區(qū)。在支承壓力影響增高區(qū)內(nèi)，兩幫變形量較為嚴(yán)重，沿空煤幫最大移近量達(dá)到185mm，占巷道兩幫最大移近量的相對(duì)移近量的63.7%。巷道頂?shù)鬃畲笠平窟_(dá)到35mm。其中頂板下沉量為65mm，底臌量為185mm。

礦壓觀測(cè)數(shù)據(jù)表明，5303巷道小煤柱沿空掘巷優(yōu)化支護(hù)參數(shù)，可以有效地控制巷道變形，滿足巷道掘進(jìn)工作的需要。

5 總結(jié)

本文以大同煤礦集團(tuán)同忻煤礦8305工作面5303巷道為研究對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行小煤柱沿空掘巷支護(hù)進(jìn)行了實(shí)踐研究。5303巷道優(yōu)化支護(hù)參數(shù)采用錨桿、錨索配合鋼筋梯子梁和金屬網(wǎng)進(jìn)行支護(hù)，使巷道斷面支護(hù)形成整體，加強(qiáng)了沿空掘巷的穩(wěn)定性，確保了工作面的安全生產(chǎn)，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。可以對(duì)其他同類型煤礦的小煤柱沿空掘巷提供相應(yīng)的參考。