辛飛龍

（大同煤礦集團(tuán)雁崖煤業(yè)公司，山西 大同 037003）

1 概況

大同煤礦集團(tuán)雁崖煤業(yè)公司為了提高工作面煤柱回采率，決定在8312工作面采用小煤柱回采工藝，即8312工作面與8311工作面（已回采440m）之間預(yù)留6.0m小煤柱。

三盤區(qū)2312巷位于井田西翼，巷道東部為盤區(qū)大巷，南部為2311巷，西部為井田邊界，北部為實(shí)煤區(qū)。2312巷設(shè)計(jì)長度為1200m，巷道斷面為寬×高=4.5×3.5m。2312巷布置在4#煤層，平均厚度為3.5m，直接頂以炭質(zhì)泥巖為主，平均厚度為3.2m，基本頂以砂質(zhì)泥巖為主，平均厚度為7.5m。頂板及巷幫采用錨桿、錨索、金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，錨桿間距為0.9m，排距為1.0m；頂板錨索采用長度為5.0m、直徑為17.8mm預(yù)應(yīng)力鋼絞線，每排施工3根，錨索間距為1.8m，排距為3.0m。巷幫采用單錨桿支護(hù)，每排布置3根，錨桿間排距為1.0m。

2 小煤柱巷道施工技術(shù)難題

（1）應(yīng)力大。由于2312巷與2311巷之間預(yù)留煤柱寬度為6.0m，2311巷掘進(jìn)后圍巖應(yīng)力向2312巷圍巖傳遞，當(dāng)2312巷在掘進(jìn)時(shí)受施工巷道開挖應(yīng)力及2311巷殘余應(yīng)力疊加影響，導(dǎo)致巷道頂板壓力大，特別是位于小煤柱側(cè)頂板應(yīng)力最大，出現(xiàn)局部破碎現(xiàn)象。

（2）煤體支撐力低。由于2312巷預(yù)留煤柱寬度為6.0m，煤柱體膠結(jié)穩(wěn)定性差，易破碎，隨著巷道開掘，小煤柱受壓加大，巷道兩側(cè)煤柱支撐應(yīng)力差，導(dǎo)致小煤柱側(cè)頂板下沉現(xiàn)象嚴(yán)重。

（3）煤柱破壞嚴(yán)重。受頂板應(yīng)力作用，小煤柱煤體內(nèi)出現(xiàn)嚴(yán)重卸壓破壞現(xiàn)象。通過鉆孔探測發(fā)現(xiàn)，卸壓破壞區(qū)主要集中在頂板往下1.5m范圍內(nèi)，卸壓區(qū)內(nèi)煤體處于破碎狀態(tài)。隨著時(shí)間推移，卸壓破壞范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，導(dǎo)致小煤柱預(yù)留難度加大。

（4）支護(hù)效果差。由于2312巷掘進(jìn)期間小煤柱破壞嚴(yán)重，初步支護(hù)設(shè)計(jì)巷幫采用單錨桿支護(hù)時(shí)，錨桿錨固段位于小煤柱煤體松動圈內(nèi)，導(dǎo)致錨桿錨固效果差，錨桿失效現(xiàn)象嚴(yán)重，失效率達(dá)24%，無法滿足巷幫支護(hù)要求。

3 小煤柱巷道圍巖控制措施

為了提高小煤柱穩(wěn)定性，保證2312巷安全快速掘進(jìn)，決定對2312巷與2311巷之間小煤柱采取“注漿+穿幫錨索桁架支護(hù)+架設(shè)T型工字鋼棚”聯(lián)合支護(hù)措施。

3.1 注漿支護(hù)

（1）通過對圍巖觀察發(fā)現(xiàn)，2312巷小煤柱出現(xiàn)壓垮型破壞主要位于距頂1.5m范圍內(nèi)，所以決定在小煤柱施工兩排邁步式注漿斜孔。第一排施工在距頂0.5m處，第二排施工在距頂1.0m處，兩排鉆孔深度為5.0m，仰角為10°，鉆孔直徑為45mm，鉆孔間距為3.0m。為了提高注漿加固范圍，兩排鉆孔采用邁步式布置。

（2）巷道每掘進(jìn)3.0m進(jìn)行一次注漿。為了加快注漿凝固時(shí)間以及填充效果，決定采用聚氨酯粘合劑作為注漿材料，采用型號為ZBQ50/6型氣動注漿泵進(jìn)行注漿施工，注漿壓力控制為1.2MPa，單孔注漿時(shí)間為15min。

（3）注漿完成后及時(shí)進(jìn)行封堵，注漿3h后巷道方可繼續(xù)掘進(jìn)，在掘進(jìn)前通過施工窺視孔對煤體注漿效果進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)相鄰兩孔注漿液未出現(xiàn)串聯(lián)現(xiàn)象，需補(bǔ)孔進(jìn)行二次注漿。

3.2 穿幫錨索桁架支護(hù)

由于受頂板應(yīng)力作用，造成小煤柱出現(xiàn)拉伸破壞，傳統(tǒng)的錨桿支護(hù)受煤體擠壓作用出現(xiàn)斷裂、螺母扭曲等現(xiàn)象，降低了支護(hù)作用，決定采用穿幫錨索桁架支護(hù)對小煤柱巷幫進(jìn)行維護(hù)。

（1）2312巷小煤柱采用的穿幫錨索桁架支護(hù)主要由兩根長度為7.0m、直徑為21.6mm恒阻錨索，一根長度為1.8m、寬度為0.38m“JW”型鋼帶，兩根長度為1.0m、直徑為20mm圓鋼，一個雙向張拉器，以及兩塊鋼托板等部分組成。

（2）首先在2312巷側(cè)小煤柱巷幫施工一組穿幫鉆孔，鉆孔直徑為30mm。第一個鉆孔施工在距頂板0.8m處，鉆孔與巷幫煤柱成7°仰角布置；第二個鉆孔施工在距頂板2.6m處，鉆孔與巷幫煤柱成7°俯角布置。

（3）鉆孔施工完后鉆孔內(nèi)穿入錨索，然后在2311巷側(cè)錨索外露端安裝鋼托板并采用鎖具固定，在2312巷側(cè)錨索外露端安裝“JW”型鋼帶，兩邊錨索外露長度控制在0.3m范圍內(nèi)。

（4）“JW”型鋼帶安裝后，在兩根錨索外露端分別安裝兩根圓鋼，同樣采用鎖具固定，采用雙向張拉器對兩根圓鋼進(jìn)行張拉，使恒阻錨索產(chǎn)生一個張拉預(yù)緊力，桁架支護(hù)排距為1.5m，如圖1所示。

圖1 2312巷小煤柱圍巖聯(lián)合支護(hù)斷面示意圖

3.3 架設(shè)“T”型鋼棚

為了防止小煤柱側(cè)頂板與幫部之間的肩角煤柱垮落，決定對2312巷位于小煤柱側(cè)架設(shè)“T”型鋼棚。

（1）2312巷架設(shè)的“T”型工字鋼棚主要由頂梁、棚腿、底座、固定錨索等部分組成。頂梁長度為1.5m，在距頂梁兩端0.5m處各焊制兩個孔徑為30mm圓孔；棚腿長度為3.5m，棚腿與頂梁采用卡纜進(jìn)行固定。

（2）首先架設(shè)“T”型棚底座，底座必須安裝在堅(jiān)硬底板上，必要時(shí)對底板進(jìn)行起底、澆筑施工。底座安裝后采用螺母將底座與棚腿固定，棚腿與底座固定后不得傾斜。

（3）棚腿安裝后采用卡纜將頂梁與棚腿固定，頂梁必須與頂板接觸嚴(yán)實(shí)。為了鋼棚起到主動支護(hù)作用，頂梁安裝后采用兩根長度為5.0m、直徑為17.8mm預(yù)應(yīng)力錨索將其與頂板預(yù)緊固定，鋼棚間距為1.5m，如圖2所示。

圖2 2312巷小煤柱圍巖聯(lián)合支護(hù)平面示意圖

4 效果

對小煤柱采取“注漿+穿幫錨索桁架支護(hù)+架設(shè)T型工字鋼棚”等聯(lián)合支護(hù)措施后，通過6個月應(yīng)用效果分析發(fā)現(xiàn)：

（1）注漿后，提高了小煤柱破碎煤體膠結(jié)穩(wěn)定性，煤體單軸抗壓強(qiáng)度提高至57MPa，有效防止了因頂板應(yīng)力作用造成小煤柱發(fā)生剝離破壞，提高了煤柱支撐作用力，在巷道后期掘進(jìn)過程中未發(fā)生片幫、煤柱變形現(xiàn)象。

（2）利用穿幫錨索桁架支護(hù)，不僅提高了小煤柱支護(hù)作用，而且通過桁架作用，削弱了在應(yīng)力作用下小煤柱內(nèi)產(chǎn)生的水平拉伸破壞，減小了小煤柱內(nèi)圍巖松動圈范圍，提高了煤柱錨桿支護(hù)效果。通過觀察發(fā)現(xiàn)，采取桁架支護(hù)后，煤柱護(hù)板支護(hù)失效率降低至3%以下。

（3）通過在小煤柱側(cè)巷道頂板架設(shè)T型工字鋼棚，減小了頂板應(yīng)力對小煤柱破壞作用，在后期巷道掘進(jìn)中，巷道兩幫處頂板水平高差由原來的0.5m減小至0.2m以內(nèi)，保證了巷道施工安全。