翟旭宏

（陽(yáng)煤集團(tuán)和順新大地煤業(yè)有限公司，山西 晉中 032700）

1 引言

根據(jù)采煤方法和開(kāi)采地質(zhì)條件不同，工作面區(qū)段煤柱留設(shè)寬度一般為20～30m。近年來(lái)，隨著礦井資源的快速減少和煤炭市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)價(jià)值的增加，有效地提高資源回收率，已成為降低生產(chǎn)成本、增加經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵所在。窄煤柱沿空掘巷技術(shù)近年來(lái)發(fā)展迅速，施工技術(shù)已經(jīng)成熟，在我國(guó)的潞安、兗州等許多礦區(qū)得到成功應(yīng)用，現(xiàn)已被集團(tuán)公司列為建設(shè)現(xiàn)代化礦井的推廣技術(shù)之一。陽(yáng)煤集團(tuán)公司牽頭和中國(guó)礦業(yè)大學(xué)等科研院所合作，各礦抽調(diào)專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員組成試驗(yàn)團(tuán)隊(duì)，首先在一礦十二采區(qū)81205工作面回風(fēng)巷開(kāi)展了窄煤柱沿空掘巷技術(shù)，取得了成功。

2 巷道地質(zhì)概況

一礦十二采區(qū)81205工作面地面標(biāo)高1050～1275m，工作面標(biāo)高678.5～709.6m。本工作面井下位于北條帶十二采區(qū)東部，本工作面西部為81204工作面（已采），南部為采區(qū)輔助準(zhǔn)備巷，東部為81206工作面（未掘），北部為礦井田邊界。本工作面為相鄰采空區(qū)工作面。

工作面煤層賦存穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，煤層總厚度最大7.50m，最小7.20m，平均厚度7.33m，煤層傾角最大14°，最小3°，平均6°。煤塵無(wú)爆炸危險(xiǎn)性，具有自燃傾向性，煤層自燃性為（三級(jí)）不易自燃煤層。

工作面老頂為灰黑色石灰?guī)r，厚度8.65m，夾兩層黑色泥巖；直接頂為灰黑色泥巖，厚度1.30，致密，性脆；直接底為深灰色砂質(zhì)泥巖，厚度5.04m；老底為淺灰色細(xì)粒砂巖，厚度1.96m，堅(jiān)硬。

3 窄煤柱沿空掘巷分析及方案制定

窄煤柱是沿空掘巷圍巖的一個(gè)重要組成部分，其穩(wěn)定性直接影響巷道整體穩(wěn)定性。根據(jù)礦壓觀測(cè)和開(kāi)采分析，十二采區(qū)81205工作面地質(zhì)情況簡(jiǎn)單，工作面煤質(zhì)硬度較高，承壓能力較強(qiáng)，地質(zhì)條件適合窄煤柱沿空掘巷技術(shù)應(yīng)用，同時(shí)根據(jù)沿空掘巷受力模型分析，上區(qū)段工作面回采，在采空區(qū)邊緣形成側(cè)向支撐壓力，采空區(qū)邊緣煤體形成破碎區(qū)和塑性區(qū)，承載能力降低，但由于沿空掘巷在基本頂弧形三角塊結(jié)構(gòu)的保護(hù)下，處于應(yīng)力降低區(qū)，如圖1所示，因此，巷道掘進(jìn)對(duì)窄煤柱不會(huì)產(chǎn)生大的影響。但考慮到窄煤柱可能發(fā)生煤柱壓裂，造成采空區(qū)有害氣體滲漏和空氣對(duì)流引發(fā)采空區(qū)著火，經(jīng)過(guò)數(shù)值模擬分析，并結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，決定將工作面區(qū)段煤柱由原設(shè)計(jì)寬度20m合理縮窄至12m。

圖1 81205工作面回風(fēng)巷沿空掘巷受力模型

4 工作面巷道布置及支護(hù)設(shè)計(jì)

4.1 工作面巷道布置

工作面共布置四條巷道：進(jìn)風(fēng)巷、回風(fēng)巷、低抽巷、走向高抽巷。工作面回風(fēng)巷與相鄰已采工作面進(jìn)風(fēng)巷間區(qū)段煤柱寬12m，如圖2所示。

圖2 81205工作面巷道布置圖

4.2 巷道支護(hù)設(shè)計(jì)

支護(hù)理論上采用“三高一低”原則即高強(qiáng)度、高剛度、高可靠性與低支護(hù)密度原則。在保證支護(hù)系統(tǒng)可靠性的條件下，降低支護(hù)密度，減少單位面積上錨桿數(shù)量，提高掘進(jìn)速度。回風(fēng)巷沿煤層底板布置，巷道斷面為矩形5×3m2，巷道支護(hù)采用錨網(wǎng)支護(hù)，見(jiàn)圖3巷道支護(hù)布置圖，頂支護(hù)方式采用“波紋鋼帶+錨索+金屬網(wǎng)”聯(lián)合支護(hù)，每排布置5根Ф21.6×7200mm錨索，錨索預(yù)緊力300kN；幫支護(hù)采用“錨索+金屬網(wǎng)”聯(lián)合支護(hù)，每排布置3根Ф17.8mm錨索，錨索預(yù)緊力230kN。

5 巷道礦壓觀測(cè)及應(yīng)用分析

5.1 礦壓觀測(cè)

為了觀測(cè)81205回風(fēng)巷在掘進(jìn)期間、掘后穩(wěn)定期間的圍巖活動(dòng)規(guī)律，考察錨桿支護(hù)巷道圍巖變形的控制效果，研究窄煤柱沿空掘巷的合理性，在巷道掘進(jìn)過(guò)程中設(shè)置相應(yīng)的測(cè)站，對(duì)圍巖表面位移、圍巖深部位移、頂板離層狀況、錨桿、錨索載荷進(jìn)行了觀測(cè)，巷道掘進(jìn)期間監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示：

（1）隨著巷道支護(hù)時(shí)間的加長(zhǎng)煤體破壞范圍及移動(dòng)量都會(huì)明顯增加，頂?shù)装逑鄬?duì)位移量達(dá)到70～200mm，兩幫相對(duì)移近量達(dá)到了30～90mm，巷道移近量較小，且頂?shù)装逑鄬?duì)位移主要來(lái)自于底鼓。

（2）錨索載荷變化不大，錨索壓力初始值在20MPa左右，最大值25MPa，壓力隨時(shí)間變化相對(duì)平穩(wěn)，說(shuō)明巷道壓力不大，整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，另一方面說(shuō)明設(shè)計(jì)支護(hù)承載力極大提高，支護(hù)效果較好。

（3）頂板深部、淺部離層變化量很小，淺部離層量在1～3mm，深部離層量在2～4mm，錨固范圍內(nèi)總離層值為2～6mm，這說(shuō)明錨索錨固在穩(wěn)定的老頂石灰?guī)r中，對(duì)頂板的控制起到了關(guān)鍵的作用，預(yù)應(yīng)力錨索加固了頂板，有效地控制了錨固范圍內(nèi)煤巖的離層。

圖3 巷道支護(hù)布置圖

5.2 應(yīng)用分析

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)施工和巷道礦壓觀察數(shù)據(jù)綜合分析，在81205回風(fēng)巷采用12m窄煤柱沿空掘巷技術(shù)掘進(jìn)可以得出：

（1）巷道基本上避開(kāi)了高應(yīng)力區(qū)，掘進(jìn)受礦山壓力因素影響作用不大，煤體礦壓裂隙較少；巷道掘進(jìn)結(jié)束統(tǒng)計(jì)巷道破壞率不到5%，巷道表面收縮率最大9%，平均5.3%，基本符合設(shè)計(jì)要求。

（2）在巷道受鄰近采空區(qū)影響，煤體整體性受到一定程度破壞，強(qiáng)度降低的情況下，采用“三高一低”支護(hù)方法來(lái)提高支護(hù)強(qiáng)度，有效地改善了圍巖受力狀態(tài)，提高了煤體的整體性和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

（3）窄煤柱沿空掘巷技術(shù)改變了相鄰采空側(cè)巷道治理困難、無(wú)法有效支護(hù)的局面，解決了采空區(qū)側(cè)巷道由于礦壓顯現(xiàn)明顯而嚴(yán)重制約掘進(jìn)施工安全和生產(chǎn)效率的問(wèn)題。

（4）每年需回采4個(gè)工作面，采用窄煤柱沿空掘巷技術(shù)后每年可多回收煤炭資源40萬(wàn)t，按綜合售價(jià)300元/噸計(jì)算，可增加經(jīng)濟(jì)效益1.2億元。

6 結(jié)語(yǔ)

窄煤柱沿空掘巷技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，不僅有效提高了礦井資源回收率，大大增加了礦井的經(jīng)濟(jì)效益，而且改善了相鄰采空側(cè)巷道的受力狀況，解決了一礦相鄰采空側(cè)巷道治理困難、無(wú)法有效支護(hù)的難題，同時(shí)對(duì)下一步開(kāi)展窄煤柱穩(wěn)定性研究和推廣應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)意義。