回巷道留窄小煤柱煤锚支护技术的实践与研究

【摘 要】当前我国煤矿开采技术发展迅速，回采产量呈现持续上升态势。然而，随着开采强度及开采规模的逐年壮大，煤炭资源在不断减少。基于此，提升煤炭回收率，回收煤柱，尽量延长矿井服务寿命等成为当务之急。本文现选取唐洞矿井回采巷道工程实例，探讨煤矿回采巷道留窄小煤柱煤锚支护技术，主要从沿空留巷变形规律、布置周边眼的技术参数、支护技术、支护效果观测以及相关体会等方面来予以研究，以供借鉴和参考。

【关键词】煤矿；留窄小煤柱；回巷道；锚支护技术

对于多数矿井而言，为保证风巷具有良好稳定性与安全性，会在上区段与本区段这两个工作面中间留设大煤柱，多为20m至25m。这样不仅极大程度地浪费了煤炭资源，使得矿井老化速度加快，而且也无法从根本上保证煤矿生产的安全性，对矿井资源采出率也有不利影响。探索回采巷道支护方式，提升支护强度，确保回采巷道的的安全性和稳定性，减少资源浪费，提高资源回收率是矿井面临的一大课题。回采巷道留窄小煤柱煤锚支护可以在一定程度上解决以上问题。

1 沿空巷道变形规律

沿空巷道即留窄小煤柱与煤体之间的巷道，主要应用于无煤柱护巷。矿井一旦开采右边工作面，基本顶会逐渐下沉，并且左边的煤柱边缘会出现断裂，煤体顶板产生弯曲，导致侧向支承压力逐渐转移至煤体内部。在此过程中，处于边缘位置的煤体会被逐渐破坏，形成具有一定厚度的破碎区；同时，在边缘约4m的范围内会出现一个应力降低区，便于沿空掘巷。在煤柱左侧掘出巷道后，围岩内会出现一个破碎区，这样一来煤柱两侧均有破碎区，此时煤柱承压能力下降。在开采左边工作面时出现超前支承压力，在多次多向应力作用下煤柱破坏更加严重，顶板亦会再次断裂，巷道承压力骤然上升，变形则愈发严重。传统的定型棚刚性支护在多次动压作用下变形重、整改难度大，而锚杆、锚网支护方式能更好地适应此地质条件，便于更好地进行煤矿开采工作。

2 工程概况

本文选取湖南华润煤业唐洞煤矿下24采区2448回风顺槽为例，该回风顺槽沿4#煤顶板按中线施工，与已采的2446工作面进风顺槽间隔5m。巷道长度设计为950m，宽度设计为4.5m，断面设计为12.4，下帮高度设计为2.3m。4#煤层状况如下：煤层赋存稳定，厚度在1.55m左右，倾角为14°～17°；直接顶为泥质粉砂岩，厚度平均值约为4.3m，夹菱铁矿薄层，稳定性较差、强度较低，在风化状态下容易破碎；老顶为粉砂岩，厚度平均值为5.5m；直接底为深灰色泥质粉砂岩，厚度平均值为1.5m；老底为细砂岩，厚度平均值为7.2m。

3 确定上帮眼距巷道轮廓线煤柱参数

施工过程中，打眼工具为ZYP-7655的风钻，使用毫秒雷管，一次打眼，一次装药，全断面一次爆破，因煤柱在破碎区，经常出现炮后上帮片帮严重现象，支护难度较大。为了解决此问题，采取了缩小上帮眼距，少装药，以镐助炮多项措施，效果不太明显。随后我们又在以上措施的基础上，确保留设5m煤柱前提下，把巷道上帮的周边眼分别布置在巷道轮廓线内0.4m、0.6m以及0.8m的位置进行试验，循环进度都控制在2m，炮后用风镐与手镐修复至设计断面。试验后发现预留0.6m、0.8m煤柱布边眼，虽然在一定程度上能够缓解上帮出现的片帮问题，但刷帮难度大、劳动强度大。预留0.4m煤柱布边眼，爆破后发现这种方式效果最好，不仅能够降低人工开挖量，而且还能够有效解决上帮片帮严重问题，巷道成形较好。故而在本工程中采用在巷道上帮轮廓线内留设0.4m的煤柱布边眼爆破掘进。

4 确定支护形式

最先考虑的支护形式为锚网与巷道上帮打圆木点柱联合支护，若顶板较差另补加锚索，即在工作面掘进顶板位置为锚杆与锚网联合支护。锚杆为左旋纵纹螺钢制成，直径为Φ20mm，长度2.5m，锚杆间排距为800mm，外托盘为厚度为8mm，长度与宽度均为150mm的蝶形钢盘；锚网长度为2m，宽度为1m，网格长度、宽度均为100mm；树脂锚固剂的型号为MSK23.60，长600mm ，每根锚杆使用一支锚固剂；上帮应用圆木点桩支护方式，圆木为Φ180mm左右，相邻点桩间隔0.8m，长度则取决于上帮高度。点柱上戴帽下有柱窝，窝深0.2m，上帮与圆木之间的距离则为0.2m。临时支护为双吊环、Φ2寸钢管配合厚度不低于4cm的木板超前控顶。运用此支护掘进至120m左右，已掘巷道来压明显，片帮严重，同时上帮有部分圆木点桩出现折断现象，说明此支护强度不适宜沿空掘巷。

随后对支护方式予以调整，在巷道顶板处改锚杆网为锚索网喷浆，即工作面顶板应用锚索支护，锚索间、排距为1m，永久支护距离工作面端距应≤1m。锚索直径为Φ15.06mm，长7.3m，端头固定于老顶内0.5米以上。托盘厚度调整至10mm，长度、宽度均调整至300mm；网片加工材料不变，每根锚索使用锚固剂的数量调整至3支。上帮改用锚杆挂网支护方式，锚杆长度调整至2.0m。最后全断面喷浆，混凝土喷射强度为C20，水灰体积比则为1：2.9；初喷距迎头5m，复喷距迎头≤50m；复喷后保证喷件厚度在100mm以上，把网片全覆盖。运用此方式支护，发现巷道两帮及顶板均未出现片帮问题，掘进950m左右巷道也没有出现明显的变形现象，说明此支护方式较为合适。

5 巷道支护效果监测

巷道支护效果监测主要考虑以下四个内容：其一，巷道表面收敛情况。实测与分析掘进与回采时期巷道表面是否出现位移情况，位移程度如何，以分析围岩运动对巷道的影响进行准确判断；其二，围岩深部位移情况。持续性观测巷道深部围岩基点情况，观察是否出现位移，并对围岩运动状况予以准确分析，而后对其塑性范围及稳定性予以判断；其三，锚杆受力情况。监测锚杆受力，对其轴向力、剪切力科学计算，借助锚杆液压枕对端部锚杆托力进行计算，同时还要测试锚杆拉力；其四，顶板锚杆支护区内外离层值。日常监测巷道顶板内安装的离层指示仪，对锚杆支护区内外离层值予以计算，同时判定锚杆支护参数是否具有合理性。

从上述四个方面监测本次所采用的锚索网喷支护方式，发现巷道顶板及两帮封闭效果较好，可有效避免出现片帮现象，因煤柱较小，煤炭资源回收率得到显著提升。综上分析，此支护方式不仅安全性与稳定性得到保证，而且资源采出率也获得提高，故而该支护工艺适合在本工程中使用。

6 体会

留窄小煤柱回采巷道应用何种支护方式，其成功与否的关键在于能否稳定断面。即巷道围岩一定要具备稳定性，同时巷道收敛量也要比设计收敛量小；要确保围岩的稳定性，不仅需要锚杆在围岩内部形成小结构（且该结构必须具备较好的支护能力与完整性），而且还需要注意的是窄煤柱的稳定性与支撑能力是否能够满足矿压所需，从而与实体煤帮一起承载压力。因此，对于窄煤柱一定要采取相关措施，以保证其拥有承载能力与稳定性。

本次实践后发现，在设定护巷窄煤柱时，其宽度最小值应该比煤柱内所产生的锚杆插入深度与塑性区宽度二者之和要大，同时还要考虑一定的富余安全系数。依据上一工作面巷道支护的方式及强度，便可对本区护巷煤柱的宽度范围予以确定。在开采相邻工作面时，塑性区宽度在煤柱中已经形成，为促使其稳定性获得提升，增强护巷下帮支护的强度，可选取较高强度的锚杆进行支护，在掘进工作面时，巷道围岩应力往往会再次分布，在其上帮会出一定宽度的塑性区。为避免塑性区过度扩大，需增强窄煤柱的内摩擦角以及粘聚力。因此巷道掘出之后，要将锚杆及时安装好，并且每根锚杆的初锚力应该在20kN以上，其锚固力则需在50kN以上，这是做好支护工作的关键点。围岩收敛量也是需考虑的重点内容之一，在巷道使用期间，应保证窄煤柱一帮具有最大的收敛量，这就对锚杆提出了新要求：在窄煤柱中使用的锚杆应该具备可延伸性，锚杆不仅需要具备良好的工作阻力，而且还应最快适应围岩变形情况，根据现场实际，可全长或加长锚固锚杆，确保其锚固力足够稳定。另外为保证锚杆群具有优良的整体稳定性，可结合实际情况增设护网或者护帮梁，亦可采用煤柱注浆法，促使其结构具有整体性。

除此之外，由于煤层顶板具备较低的抗拉强度且易破碎，故而锚杆需采用强度极高的螺纹钢，再加上全长锚固，锚杆的强度与刚度均能获得显著提升，大幅度地降低了变形量。由于本工程中煤柱与上一个工作面之间只有5m的距离，巷道上帮受到开采时压力影响易导致煤体破碎，故而采用风镐、手镐结合施工法，再把周边眼布置在轮廓线内0.4m位置，少药量爆破，有利于巷道上帮成型。

7 结束语

综上所述，在我国煤矿当前形势下，回采巷道留窄小煤柱锚杆支护不失为一种行之有效的方法。而要做好煤矿留窄小煤柱回巷道煤锚支护工作有诸多注意事项，最重要的是依据工程实际情况选择最合适的掘进方式以及支护形式，同时要注意到围岩收敛量、位移情况以及锚杆受力情况等，从而选择最为合适的锚杆，以保证支护的稳定性与安全性。在本工程中，主要应用锚索网喷支护法，不仅保重了巷道的稳定性与安全性，同时还提高了资源回收率延长了矿井服务年限，提升了煤矿企业的社会效益与经济效益。

参考文献：

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