窄煤柱沿空掘巷下采用不對稱錨網支護探究

摘 要：窄煤柱沿空掘巷在后期是使用過程中遭受巖體結構的非對稱高應力沖擊，常發生非對稱性的變形問題，巷道的危險性會極大的上升。因此，從巷道的圍巖特點著手，為了強化其安全性，采用主動支護并結合結構補強支護方式進行。下面將以某煤礦的工程為例，探究窄煤柱沿空掘巷下采用不對稱錨網支護效果。

關鍵詞：窄煤柱沿空掘巷;不對稱錨網支護;煤礦采煤

引言

窄煤柱沿空掘巷是煤礦采煤工作面機械化開采下出現的新技術，該技術主要是在工作面采空區邊緣構建的一類窄煤柱掘進巷道，可以有效避免沿空掘巷必須在毗鄰工作面回采后采空區上覆巖層活動基本穩定以后進行造成工作面正常采掘接替帶來很多困難，還能提高煤炭資源采出率，發揮擋矸和防漏風等功能，也越來越受到重視。在后期是使用過程中掘進巷道遭受巖體結構的非對稱高應力沖擊，常發生非對稱性的變形問題，巷道的危險性會極大的上升。因此，從巷道的圍巖特點著手，為了強化其安全性，采用主動支護并結合結構補強支護方式進行。下面將以某煤礦的工程為例，探究窄煤柱沿空掘巷下采用不對稱錨網支護效果。

一、工程概況

該煤礦位于河南省新密市境內，23采區2302 工作面煤層賦存穩定，結構簡單，是單斜構造。2303 回采工作面可采長度2350m，當前已采1950m，剩余 400m，區段煤柱寬度通常是20 ～30 m，而區段煤柱是3-8 m 而言，通過對比發現區段煤柱損失巨大。2303 回采工作面與 2302 工作面回風巷掘進工作面都是采掘共同進行的過程。2302 工作面回風巷距離2303采空側12 m。其中2302 工作面回風巷長度2450m，跟著煤層頂板掘進。相隔2303工作面采空側79 m 位置是23采區的南部回風巷，隨著2303工作面的回采，23采區南部回風巷變形增大，小范圍的頂板下沉量會在190----310mm，兩幫移近數據在500mm左右，底鼓小范圍會在10000mm樣子。伴隨開采的不斷深入，巷道收縮嚴重，變形量增大，常發生非對稱性的變形，工作面推進受到極大影響，巷道的危險性會極大的上升，嚴重制約著綜放面的迅速前進以及綜放設備功能的有效發揮。從其巷道圍巖結構具有情況來看，使用一段時間的窄煤柱沿空掘巷，其工作面側向應力在一定程度上會使得平衡狀態遭受損壞，掘進過程和回采階段巷道就會使得變形量增大，同時窄煤柱裂隙將會越來越大，自身的穩定性就變得更差，小范圍還容易被壓碎，維護就會變得越發難。為了確保安全，該煤礦的窄煤柱寬度確定應主要減小煤柱留設的寬度，采用工程類比措施調整預留寬度。其中的巷道圍巖不對稱變形，主要發生在巷道的中軸線形成的平面兩幫有大小不一的變形，使得巷道的一側發生偏斜樣改變，而且我們還發現在巷道的肩角以等處存在一定程度的變化，整體的失穩就會越明顯。

二、巷道不對稱變形的圍巖控制措施

1.巷道支護的重要點。

煤礦巷道支護作用機理是將圍巖巷道與支護體系當做一個整體，使用用圍巖和支護體系的本身承載能力確保巷道的穩定，圍巖和支護體系彼此的作用能有效控制圍巖的變形，以此形成一個相對完整且較為穩定的支護承載體，極大的改變圍巖的力學中的性質增強圍巖的承載能力。該煤礦中的窄煤柱運行狀況發現，上覆巖層的垂直應力和采動壓力都會對窄煤柱產生作用力，極容易造成破碎，而且隨著作用力的發生，巷道的內側還會出現大小不一的移位情況，巷道的頂板就會有一定程度的下沉樣改變。要確保窄煤柱處于穩定情況，就要確保沿空窄煤柱巷道不產生變形現象。

2.錨網支護詳細數字設定。

某煤礦中的上副巷全長是496m，煤層的厚度基本上是8.3m左右，偽頂是炭質泥巖層，厚度是0.5m，直接頂是砂質泥巖層，厚度是8.79m，基本頂是中粒砂巖層，厚度是5.69m。掘進是從巷道沿工作面的空區邊緣區域，凈煤柱大小是2.1m。巷道標高數據是+13.9～+24.1m樣子，標高平均數字是+18.9m;而巷道的地面標高在+271.3～+274.1m內，標高平均數字是+273.1m。下埋的巷道深度是251.3m。

（1）錨桿大小。錨桿大小與間距要滿足一定關系，才能有一定厚度的擠壓加固拱。根據錨桿擠壓加固拱理論設定，加固拱厚度和錨桿大小、間距公式滿足：B=W2tgα-A/tgα。公式中B代表加固拱厚度;W2表示錨桿的間排距; α代表錨桿在松散體中的控制角;A代表錨桿間距。錨桿大小公式可以表示：W=W1+ W2 +W3。公式中W表示錨桿的全長大小，長度2.5m，煤柱寬度2.1m，那么沿空側短錨索取1.6m，W1表示錨桿的外露長度大小，取值是0.2m，W3錨桿錨固段長度大小。

（2）錨桿整個直徑大小。錨桿的直徑可以用公式表示：

其中R表示安全系數，取值大小1.6。Q表示為錨桿的支護強度，取值是120kN/m 2，B1 表示;錨桿間距，取值是0.7m，B2 表示;錨桿排距，取值是0.7m，? ? ? ?表示的是桿體材料抗拉的強度大小，取值是490MPa，計算出的錨桿直徑是21mm。

（3）錨桿排距。錨桿排距W0可以用公式表示：

W0=Nn/KQ d

n 表示為頂板上分布的每一個排錨桿的數量多少，有7桿;N 表示為每一個錨桿所展現的錨固力;K 代表的是安全系數，大小為2;Q d表示為頂板的壓力，大小取值是392.7kN。計算出的錨桿排距W0 =0.99m。

3.不對稱錨網的支護措施。

窄煤柱沿空掘巷中采用非對稱錨網支護，具體可通過支護頂板、支護幫部、錨固錨桿、錨固頂板錨索孔幾個方面達到支護的效果。其中，頂板的支護需要用到的材料包括：高強樹脂錨桿、鋼筋網和硬塑料網，高強樹脂錨桿要左旋無縱筋型的，為加強支護的效果，需要用到7根錨桿，其規格為20mm×2300 mm，錨桿排列的距離最好是700 mm×700mm，其托盤規格取150 mm×150mm×10mm。頂板錨索的間距及排距分別設置為1m和1.5m，其托盤規格需高于350 mm×1350mm，且其預緊力在100kN以上。其次，支護幫部所需用到的材料同樣包括高強樹脂錨桿、鋼筋網和硬塑料網，其中用到的錨桿材質與規格與支護頂板所用的錨桿相同，不同是需用到5根錨桿;在幫部有空區幫，需要采取雙層網支護，所需的錨索應為1.5m的長型錨索。為達到整體支護的效果，可用鋼筋梯子梁將頂板和幫部的錨桿連接起來。錨固錨桿所用到的材料為加長型的樹脂藥卷，具體的型號為K2350。錨固頂板錨索孔所用到的材料為樹脂藥卷，具體的型號為K2350與Z2350，順著巷道橫著鋪設梯子梁，該梯子梁的結構為圓鋼加工鋼筋，每根梯子梁鉆有錨索孔，并裝上四根錨索，如此一來，錨索得以沿著錨索孔垂直錨入頂板。

最后支護的效果。窄煤柱沿空掘巷下采用不對稱錨網支護，能借助錨桿實現對圍巖的預應力，夯實圍巖中的承載結構，以增強沿空掘巷道的支護強度，減少巷道變形的發生率。

參考文獻：

[1] 鄭偉.深部高應力沿空掘巷非對稱支護技術[J]. 煤礦安全. 2017（11）

[2] 薛維培，李敬佩，劉召輝，姚直書，經來旺.? 無煤柱沿空掘巷合理性判斷及支護技術研究[J].煤炭工程. 2015（09）

[3] 張宏偉.? 孤島工作面沿空掘巷礦壓特征應用研究[J].當代化工研究. 2020（03）

[4] 崔占鰲.? 沿空掘巷硐室填充技術的應用[J].當代化工研究. 2020（16）

作者簡介：

雷瑞鵬（1987—），男，河南南陽人，本科，助理工程師，主要從事煤礦開采技術指導工作。

（鄭煤集團裴溝煤礦? 河南? 新密? ?452370）