掘進(jìn)巷道小煤柱寬度確定及支護(hù)技術(shù)

王 勇，崔鵬程，黨 其

（1.晉能控股煤業(yè)集團(tuán)泰山隆安煤業(yè)有限公司，山西 忻州 036600；2.晉能控股山西科學(xué)技術(shù)研究院（太原）科學(xué)技術(shù)研究有限公司，山西 太原 030006）

1 307工作面概述

晉能控股煤業(yè)集團(tuán)泰山隆安煤業(yè)有限公司11上307 工作面北為南翼主要回風(fēng)大巷，南為實(shí)體煤，東為11305 工作面，西為實(shí)體煤，上覆為原晉豫煤礦舊小窯采空區(qū)及8 號(hào)煤二采區(qū)8205、8203 工作面采空區(qū)。

11上307 工作面是11 號(hào)上組煤層三采區(qū)南翼第二個(gè)工作面，工作面順槽長度1 400 m，工作面長度285 m，地面標(biāo)高為+990～+1 092 m，底板標(biāo)高為+845～+893 m，煤層厚度1.4～1.6 m，平均1.5 m，煤層結(jié)構(gòu)簡單，煤層傾角2°～8°，平均4°。

11上307 工作面共布置3 條巷道，分別為進(jìn)風(fēng)順槽、回風(fēng)順槽、開切眼。本次方案主要涉及回風(fēng)順槽。11上307 工作面回風(fēng)順槽沿11 號(hào)上組煤底板掘進(jìn)，設(shè)計(jì)工程量1 327.3 m，矩形斷面，巷道設(shè)計(jì)掘進(jìn)寬度4.8 m，掘進(jìn)高度2.75 m。

307 工作面東部為11305 工作面，為了提高307工作面煤柱回采率，減少采空區(qū)遺煤量，決定對(duì)307回風(fēng)順槽與305 工作面回風(fēng)順槽之間預(yù)留小煤柱。

2 小煤柱巷道施工方案

泰山隆安礦合理確定307 工作面回風(fēng)順槽與305 工作面回風(fēng)順槽之間的小煤柱寬度，決定采用FLAC3D 限元數(shù)值模擬軟件分析小煤柱寬度為4 m、5 m、6 m、7 m、8 m、9 m 下應(yīng)力分布及圍巖變化情況。

2.1 預(yù)留不同煤柱垂直應(yīng)力變化

1）當(dāng)預(yù)留小煤柱寬度為4 m、5 m、6 m 時(shí)，分布在307 回風(fēng)順槽頂?shù)装寮皟蓭蛶r體內(nèi)的垂直應(yīng)力相對(duì)較小，預(yù)留的小煤柱內(nèi)的垂直應(yīng)力隨煤柱寬度增加而增加，但是增加幅度小，小煤柱內(nèi)的垂直應(yīng)力小于回采煤柱內(nèi)垂直應(yīng)力。

2）當(dāng)預(yù)留的小煤柱寬度分別為7 m、8 m、9 m 時(shí)，預(yù)留的小煤柱內(nèi)垂直應(yīng)力呈增加趨勢(shì)，且應(yīng)力值變化相對(duì)較大，實(shí)測(cè)應(yīng)力值分別為8.7MPa、10.5MPa、13MPa。

2.2 預(yù)留不同煤柱圍巖變形情況

1）預(yù)留小煤柱寬度為4.0 m 時(shí)實(shí)測(cè)307 回風(fēng)順槽兩幫收斂量大于頂?shù)装逡平?，收斂量?.35 m，而頂?shù)装逡平繛?.2 m；當(dāng)預(yù)留小煤柱寬度為5 m時(shí)，307 回風(fēng)順槽兩幫收斂量減小為0.3 m，減小幅度不大，頂?shù)装逡平繛?.16 m；當(dāng)預(yù)留的小煤柱寬度為6.0 m 時(shí)，兩幫的收斂量減小為0.16 m，頂?shù)装逡平繛?.1 m，在此期間工作面?zhèn)让褐蚧仫L(fēng)順槽內(nèi)移近量減小為60 mm，頂板下沉量減小為80 mm。

2）當(dāng)預(yù)留小煤柱寬度為7.0 m 時(shí)，巷道兩幫收斂量為0.26 m，頂?shù)装逡平繛?.14 m，與預(yù)留小煤柱寬度為6.0 m 時(shí)相差不大；當(dāng)預(yù)留小煤柱寬度為8.0 m 時(shí)，兩幫收斂量達(dá)0.38 m，頂?shù)装逡平窟_(dá)0.27 m；當(dāng)預(yù)留小煤柱寬度為9.0 m 時(shí)，巷道圍巖變形量逐漸減小。

2.3 小煤柱寬度確定

從整體圍巖變形情況來看，小煤柱預(yù)留寬度從4～6 m 時(shí)小煤柱巷道圍巖變形量逐漸減小，從6～9 m時(shí)圍巖變形量又逐漸升高；所以為了保證巷道安全快速掘進(jìn)，提高工作面煤柱回采率，同時(shí)減小工作面回采期間超前應(yīng)力對(duì)小煤柱圍巖破壞力度，決定對(duì)307工作面回風(fēng)順槽玉305 回風(fēng)順槽之間預(yù)留小煤柱寬度為6.0 m。

3 小煤柱巷道圍巖支護(hù)技術(shù)

307 工作面回風(fēng)順槽決定采用錨桿+錨索+鋼筋焊結(jié)網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)。

3.1 頂錨桿支護(hù)

1）頂錨桿采用左旋螺紋鋼，規(guī)格為Ф20 mm×2 200 mm，頂錨桿鉆孔深度2 150 mm，外露10～50 mm，排距1 000 mm、間距1 100 mm，每排5 根錨桿，靠近兩幫的錨桿距離巷幫200 mm，靠近兩幫錨桿分別向兩幫傾斜15°，其余錨桿垂直頂板布置，如圖1 所示。

圖1 307 回風(fēng)順槽支護(hù)斷面示意圖（單位：mm）

2）每根錨桿采用一支CK2360 錨固劑，設(shè)計(jì)錨固力105 kN，預(yù)緊力不低于55 kN，預(yù)緊扭矩不低于200 N·m；錨桿托盤采用厚度為8 mm 蝶形托盤，規(guī)格為150 mm×150 mm×8 mm，配套調(diào)心球墊與1010 尼龍墊圈。

3.2 幫錨桿支護(hù)

1）煤柱幫錨桿為圓鋼，規(guī)格為Ф18 mm×1 800 mm；回采幫錨桿為玻璃鋼錨桿，規(guī)格為Ф20 mm×2 200 mm；煤柱幫錨桿設(shè)計(jì)錨固力不低于85 kN，預(yù)緊力不低于45 kN，預(yù)緊扭矩不低于150 N·m；回采側(cè)幫玻璃鋼錨桿預(yù)緊扭矩不低于60 N·m。

2）煤柱幫錨桿鉆孔深度1 750 mm，外露10～50 mm，間距800 mm、排距1 000 mm，每排3 根錨桿，錨桿垂直幫部布置；回采側(cè)錨桿鉆孔深度2 150 mm，外露10～50 mm，間距800 mm、排距1 000 mm，每排3 根錨桿，錨桿垂直幫部布置。

3.3 頂錨索支護(hù)

1）頂錨索采用7 股鋼絞線，規(guī)格為Ф17.8 mm×6 300 mm，鉆孔深度6 100 mm，錨索施工后外露長度為150～250 mm；錨索托盤采用規(guī)格為300 mm×300 mm×14 mm 蝶形托盤。

2）錨索采用“2-2”方式垂直頂板布置方式，排距2 000 mm；每排2 根，間距2 000 mm，距巷幫1 400 mm，垂直頂板對(duì)稱布置；每根錨索采用CK2360 一支和K2360 一支錨固劑錨固，安裝錨固劑時(shí)CK2360 在前，K2360 在后；錨索預(yù)緊力不低于180 kN，錨固力不低于285 kN。

3.4 特殊區(qū)域補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)

1）在巷道交叉口、斷面增大區(qū)域或圍巖變化較小時(shí)，采用錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，或頂錨索采用鋼帶提高支護(hù)整體性。

2）遇巷幫節(jié)理發(fā)育，采用增加幫錨桿、鋼筋梯子梁、幫錨索等補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，必要時(shí)采用煤柱幫注漿或套棚架加強(qiáng)支護(hù)，確保煤柱穩(wěn)定；遇頂板破碎時(shí)，頂板錨索要采用補(bǔ)打W鋼帶等補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，確保頂板巖層穩(wěn)定。

3）在掘進(jìn)過程中，要重視礦壓監(jiān)測(cè)管理，及時(shí)將有關(guān)礦壓數(shù)據(jù)匯總至生產(chǎn)技術(shù)科。如出現(xiàn)礦壓顯現(xiàn)異常情況，需及時(shí)撤離人員停止掘進(jìn)，并通知設(shè)計(jì)單位與礦相關(guān)部門研究處理措施。

4）在巷道掘進(jìn)與回采過程中，應(yīng)指派專人對(duì)煤柱穩(wěn)定狀態(tài)進(jìn)行定期觀測(cè)并做記錄，如煤柱幫出現(xiàn)裂隙與11305 采空區(qū)導(dǎo)通漏風(fēng)現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)對(duì)煤柱幫進(jìn)行注漿或進(jìn)行表面噴漿等措施。

5）考慮307 工作面為礦井首個(gè)小煤柱工作面，為保證巷道支護(hù)安全有效，從巷道開口處開始進(jìn)行頂板探測(cè)，每50 m 布置1 個(gè)鉆孔，鉆孔深度至少10 m，根據(jù)頂板巖性探測(cè)分析結(jié)果，繪制頂板巖層分布圖。

4 結(jié)語

1）泰山隆安煤礦采用FLAC3D 限元數(shù)值模擬軟件分析了小煤柱不同寬度下應(yīng)力變化以及圍巖變形情況，確定了307 回風(fēng)順槽預(yù)留小煤柱寬度為6.0 m，與傳統(tǒng)預(yù)留20～30 m 煤柱相比，提高了工作面煤柱回采量達(dá)1.2 萬t，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益達(dá)4 000 萬元。

2）對(duì)307 小煤柱回風(fēng)順槽圍巖采取錨桿（索）聯(lián)合支護(hù)后，在減少支護(hù)成本費(fèi)用以及降低勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度的前提下，能夠?qū)π∶褐锏绹鷰r進(jìn)行控制，小煤柱巷道在后期掘進(jìn)過程中，未出現(xiàn)因巷道支護(hù)效果差導(dǎo)致圍巖變形、破碎現(xiàn)象。