綜采面小煤柱留巷支護設計與實踐

郝占云

（大同煤礦集團朔州煤電小峪煤業有限公司，山西 懷仁 038300）

綜采面合理的護巷煤柱寬度不僅可以增加煤炭采收率，而且可以保證巷道的穩定。眾多學者及工程技術人員開展了廣泛研究[1-6]，取得了顯著成果。根據煤礦具體工程地質條件，對19#煤層南Ⅰ輔助盤區8102工作面進行小煤柱沿空掘巷頂板控制和開采技術研究。

1 工程概況

8102工作面所采煤層為19#煤層，19#煤層總厚度7.29m～8.78m，平均厚7.94m。其中上段的糟糕煤總厚2.98m～3.77m，均厚3.35m；泥巖厚 0.20m；煤（尺八煤）總厚0.35m～0.52m，均厚0.42m；高嶺巖總厚1.04～2.15m，均厚1.44m；下段的“四四”煤層總厚2.29～2.84m，均厚2.53m。

表1 煤層頂底板巖性

19#煤層南Ⅰ輔助盤區8102工作面斜長180m、走向長943m，煤層傾角2°～5°，平均3°。煤層頂底板巖性見表1。

2 煤柱尺寸留設的計算方案

回采工作面以往留設的護巷煤柱寬度在35m，為了減少煤炭損失，提升回采面采收率，試在5102巷巷采用巖空掘巷布置方式，同時臨近的采空區已經被壓實（回采結束超過6個月）。同時數值模擬是研究合理護巷煤柱寬的一個方便且可信的手段措施，因此，文中采用FLAC-3D軟件對不同的沿空掘巷煤柱尺寸方案下的巖層移動特征進行分析，以此優先出最佳方案。根據礦井原生產情況，具體煤柱尺寸分別為：3m、5m、7m、10m和12m，共5個方案，具體方案如圖1所示。

圖1 數值模擬方案

根據計算結果可知，以上5個方案（即煤柱尺寸分別為：3m、5m、7m、10m和 12m）的塑性區域、應力分布及引起的巖層移動結果都相差不是很大。當煤柱時尺寸較小時，沿空掘巷圍巖的變形值相比較來說比較大，但應力集中或者說處于高應力的煤柱范圍較小，這對于工作面回采時的巷道穩定有利；而采用相對較大煤柱方案時，在開采前期，圍巖變形較小，但是隨著開采的不斷向前推進，由于巷道兩側的應力集中程度不斷加大，煤柱和煤幫都處于較高應力水平狀態，致使巷道的兩幫和底板的變形速率加大，這不利于巷道較長時間的穩定。

因此，沿采空區布置5m的煤柱進行開采，這樣，即能采出足夠的煤炭資源量，提高回采率；又能在服務年限之內能保證巷道的穩定，滿足生產要求。

3 工作面的運輸巷道錨桿配合注漿支護設計

3.1 錨桿支護方案

5102巷沿著19#煤層底板掘進，巷道寬為4m，上幫高為3m，下幫高2.8m。由于19#煤層埋深較淺（180m），因此，巷道支護采用錨桿、金屬網并配合采用梯子梁進行，具體的巷道支護示意圖如圖2所示，主要支護參數見表2。

圖2 工作面運輸巷道支護方案

表2 工作面運輸巷道主要支護參數

3.2 注漿加固方案

注漿加固就是將滲透性較強的漿液通過裂隙注入到破碎煤體中，通過漿液的密室以及骨架作用，將破碎的煤體連接為一個完整的整體，從而改變煤體的力學性能，增強其承載能力。本次注漿加固采用的注漿材料為水+普通硅酸鹽水泥+固化劑（TWK-2），具體比例為：0.5：1：1.5。注漿壓力設定為 1～1.5MPa，考慮到注漿鉆孔施工方便性以及煤柱為5m，確定注漿鉆孔的深度為2.4m，在煤壁上布置成五花孔狀，上部以及下部布置的注漿鉆孔開孔位置距離巷道頂、底板均為600mm，具體的注漿布置如圖3所示。

圖3 注漿鉆孔布置示意圖

4 運輸巷頂、底板及兩幫移近量觀測

掘進19#煤層南Ⅰ輔助盤區8102工作面運輸巷，在距19#煤層南Ⅰ輔助盤區8102工作面切眼位置前方180m處布置觀測點，對巷道圍巖變形進行監測。

4.1 頂板下沉監測分析

對巷道掘進期間以及4823回采工作面推進期間的頂板下沉量進行觀測分析，具體如圖3所示。從觀測數據中可以看出，4823回采運輸巷的頂板總體下沉量比較小。在巷道掘進后的1～10d內，巷道頂板的離層速度較大，平均為1.6mm/d,此后，巷道頂板的離層速度顯著降低，30d后巷道頂板趨于穩定，在巷道掘進期間，巷道頂板累積下沉量為23mm，巷道整體較為穩定。在4823回采工作面回采前期（10d內），由于回采面距離頂板離層儀位置較遠，頂板下沉量數據變化不明顯，僅為1.8mm/d，隨著回采工作面面的不斷推進，巷道頂板上部巖層受到采動影響，開始出現明顯的下沉，下沉量增加至6mm/d。至回采面推進30d，巷道頂板下沉量值達到128mm。隨后，巷道頂板下沉量增加值有所降低，等到回采工作面推進60d時，達到頂板離層以安設位置，此時頂板下沉量值為195mm。

圖4 4823回采工作面巷頂板下沉量監測曲線

4.2 兩幫變形量監測分析

對4823回采工作面運輸巷掘進以及4823回采工作面開采期間的巷道兩幫變形量進行監測，具體的監測數據如圖5所示。從圖中可以看出，在4823回采工作面運輸巷沿空掘巷期間，巷道兩幫的變形量值不大，15d內的累積變形量值為125mm，此后巷道兩幫變形量趨于穩定。到回采面回采之前，小煤柱的注漿已經結束，漿液強度已經達到設計值，小煤柱幫由于受到注漿密實及骨架支承作用，小煤柱側的變形量值較小，為50mm。在實體煤幫，回采面開采推進初期就出現變形，隨著回采工作面距離巷幫測點的距離變小，圍巖變形量加劇，直至回采面推進60d（回采面推進至測點位置），實體煤幫的變形量達到0.9m。表明，采用錨桿以及注漿加固技術可以較好的控制巷道圍巖變形。

圖5 巷道兩幫變形量監測曲線

4.3 巷道底板變形監測分析

4823回采工作面運輸巷掘進期間的底鼓量較小，隨著4823回采工作面的推進，同時由于巷道底板是巖性較軟的泥巖，巷道底板變形量逐漸增加，底板的最大底鼓量達到1.5m，為了保證巷道的使用，需要不斷的進行起底工作。

5 經濟效益

在19#煤層南Ⅰ輔助盤區8102工作面進行了留5m的小煤柱的實踐，預計回采結束后可多采約20萬t煤，按目前售價算創收了：20萬×300元/t=6000萬元，如該項技術在全區推廣，不僅可以提升礦井的煤炭回采率，增加礦井生產時間，而且可以產生良好的經濟及社會效益。

6 結 語

19#煤層南Ⅰ輔助盤區8102工作面運輸巷采用小煤柱沿空掘巷，通過模擬分析，5m煤柱護巷可以保證回采巷道安全。在巷道支護方面采用主動強力支護與讓壓支護相結合的綜合支護技術，保證了巷道圍巖的穩定，增加了煤炭資源利用率，取得了較好的經濟效益。