大采高小煤柱沿空掘巷支护技术应用

摘 要：依据1303N工作面的地质资料及井下实际调研，分析巷道围岩结构及特点，通过理论分析，确定该条件下合理煤柱宽度，同时提出了一套以强调附件整体支护强度、刚度和高预紧力的沿空掘巷围岩控制技术，有效控制了巷道在不同时期的变形。通过矿压观测，巷道维护效果良好，取得预期目标。

关键词：大采高；小煤柱；沿空掘巷；联合支护；围岩稳定

中图分类号：TD35 文献标识码：A

1 地质概况

1303N回风巷开门点底板标高为+860.20m，巷道沿三煤顶板掘进，巷道底板标高为840.9m～873.4m。三层煤层位稳定，为一结构简单煤层，煤层分为上、下分层，其中分层界限为泥岩，厚0.7m～1.1m，平均厚0.8m。煤层上分层厚度平均2.0m，下分层平均厚度2.6m，总体平均厚度5.4m，煤层有益厚度平均4.6m。工作面内煤层倾角在18°～31°之间，平均煤层倾角22.6°。巷道平面布置图1

2 沿空掘巷围岩强化控制原理

沿空巷道周边浅部围岩主要是处于低围压约束下的破裂岩石，在分析低围压下巷道围岩的力学行为和锚固性能的基础上，沿空巷道围岩控制的关键是要提高支护系统的整体强度。

一般而言，在巷道顶板的中部位置和两帮中上部位置，特别是靠近采空区一侧的肩窝位置，是受力最集中的区域，容易受水平应力和垂直载荷的影响而出现破坏，因此巷道围岩控制要通过支护手段强化巷道围岩承载结构，使围岩结构协调均衡承载，增加支护与围岩之间的协调性[1]。通过高强支护系统促成支护围岩整体承载结构的形成与强化，以高预拉力、高强度、高刚度多层次的多构件的锚杆联合支护来实现支护体和围岩间的主动和动态的相互作用，从而控制围岩变形。

沿空掘巷重点是保护小煤柱的稳定型，通过在小煤柱帮施工长锚杆加高强度、高刚度、抗弯性能好的W型刚带并联合预应力桁架的联合控制技术，改善小煤柱的应力状况，强化煤体强度，改善其承载性能[2]。同时还要高度重视巷道顶底以及实体煤帮的控制，通过在顶帮使用锚索加300×300×12mm钢制方锚盘的支护方式改善巷道围岩小结构的应力状况，使巷道整体处于一个协调统一的稳定结构。

3 锚杆支护方式及质量要求

3.1 支护方式

顶板采用7根Φ22mm×L2200mm无纵肋螺纹钢式树脂锚杆配"W"钢带（5800×280×3mm）及塑钢网支护，7孔，间排距900×1000mm。以巷道中心线为基准左右各1m处双排布置锚索，锚索间排距2000×3000mm。锚索规格为Φ17.8×L6200mm（鸟巢式）。眼孔为Φ32mm；锚索滞后迎头不大于6m。锚索外露长度为150～200mm，外露端采用300×300×12mm钢制方锚盘贴紧围岩支护。两帮各采用3根Φ22mm×L2200mm无纵肋螺纹钢式树脂锚杆，配两页"W"钢带（2200×280×3mm）、（1400×280×3mm）搭接支护，其中2.2m钢带与顶板肩窝锚杆搭接，1.4m钢带搭接至底板锚杆，间排距1000×1000mm，网采用塑钢网，加长锚，锚固长度不低于700mm。在沿空帮顺巷道走向按间距2000mm打设4m长锚索加桁架梁加强支护，桁架梁采用9#工字钢制作，长2.4m，孔距2m。

3.2 质量要求

锚杆的锚固方式顶板及两帮都实行加长锚，锚固长度≥700mm，预紧力不小于400N·m，岩石中的锚固力为130kN，煤层中的锚固力70kN。锚杆锚固力检测时，达到设计值的90%为合格。锚杆的安设要垂直于巷壁，与巷壁夹角不小于75°，W钢带要紧贴岩面不松动，接触面积≥80%，锚杆外露长度为3050mm，使前探梁的锚杆外露40～80mm，锚杆直径与孔径、锚固剂直径要匹配，锚杆直径与孔径之差应保持在6～12mm范围之内，孔径与锚固剂直径之差应保持在3～5mm范围之内。两帮锚杆配用W钢带（2200×280×3mm）、（1400×280×3mm），钢带要垂直于巷道走向，锚杆要成行成列布置，网采用塑钢网，联网采用打包带每格必穿；网与网之间搭接一个格。

4 矿压观测

1303N回风巷在掘进期间共设置了6个测站进行围岩表面位移、顶板锚固区内、外离层值、锚杆（索）受力，巷道表面位移及顶板离层见图2～3。

分析图2与3，至工作面回采，巷道满足工作面的安全生产要求，两帮移近量最大为420mm，其中沿空帮移近量为285mm，实体帮移近量为135mm，顶底板移近量为160mm，顶板深浅基点离层值最总为120mm，浅基点为108mm，锚杆、锚索受力状况良好，巷道底板无明显底臌，巷道未出现片帮、顶板垮落等事故，巷道围岩控制满足工作面安全生产要求。

结语

经过理论计算和实际矿压观测，并考虑经济合理性和回采率等实际因素，确定福城煤矿1303N回风巷，采用锚杆支护合理的煤柱宽度为6m；强调附件整体支护强度、刚度和高预紧力，提出了一套适合沿空巷道的锚杆控制技术，进一步强化顶板，减缓两帮压力；强化煤柱侧支护强度，针对性进行支护；强化初期支护强度，加大初期支护投入；成功解决了1303N沿空掘巷留设小煤柱支护技术难题；沿空掘巷围岩控制的关键是维护小煤柱的稳定，通过高强锚杆、高刚度W型刚度及帮部桁架等新型组合支护控制技术，有效控制了小煤柱的整体稳定性。

本沿空掘巷工程试验的成功，推动了留小煤柱沿空掘巷技术的发展，为全面推广沿空掘巷提供了技术保障和实践经验。

参考文献

[1]张农，高明仕.煤巷高强预应力锚杆支护技术[J].中国矿业大学学报，2004，33（4）：524-527.

[2] 柏建彪，王卫军等.综放沿空掘巷围岩控制机理及支护技术研究[J].煤炭学报，2000（5）：478-480.

[3] 高明仕，张农，成隆.综放沿空掘巷窄煤柱合理宽度的确定[J].矿山压力与顶板管理，2004，（3）：4-7.