（山西焦煤集團公司調(diào)度信息中心，山西 太原 030022）

1 工作面概況

山西焦煤集團公司杜兒坪礦主采3號煤層，煤層平均厚度5.75m，煤層及直接頂、底板強度均較低。綜采工作面采用多巷布置，巷間煤柱40～60 m。73902工作面為該礦南九盤區(qū)第二個工作面，工作面東部為新華村回風(fēng)井，西部為南七盤區(qū)，北部為南大巷，南部為礦井保護煤柱。工作面原煤柱尺寸為15m，回采巷道沿煤層頂?shù)装寰蜻M，巷道斷面最大達到25～30 m2，工作面超前加強支護采用木垛梁及液壓單體支柱，頂?shù)装鍘r性見表1。

巷道局部地段處于奧灰水位以下。工作面絕對瓦斯涌出量0.65～1.55m3/min，相對瓦斯涌出量0.45～0.85m3/t，絕對二氧化碳涌出量0.35～0.74m3/min，相對二氧化碳涌出量0.26～0.55m3/t，瓦斯含量4.15～6.15m3/t。屬低瓦斯工作面。

表1 煤巖結(jié)構(gòu)及巖性特征

2 存在問題

工作面回采至距停采線450m時，回采巷道頂?shù)装寮皟蓭蛧鷰r出現(xiàn)不同程度變形，頂板破碎并形成網(wǎng)包，最大網(wǎng)包下沉量達到80 mm，超前支護段底鼓，底板破裂，造成部分單體柱失效傾倒，出現(xiàn)“吊柱”現(xiàn)象，巷道兩幫也出現(xiàn)不同程度網(wǎng)包，并伴有間歇性煤炮聲。

3 原因分析

回采巷道煤柱留設(shè)失效主要包括如下原因：一是巷道基本支護失效，即原錨網(wǎng)梁支護或架棚支護失效，造成巷道圍巖整體失穩(wěn)；二是加強支護失效，即后期補打錨索或套棚支護不能受力，降低巷道補強效果；三是煤柱支護失效，即保護煤柱因設(shè)計、煤質(zhì)條件即頂板來壓等原因失穩(wěn)，見圖2（a），出現(xiàn)不同程度損壞甚至煤柱坍塌，見圖2（b）。

圖2 護巷煤柱支護失效與整體垮塌

4 小煤柱尺寸模擬

利用FLAC3D數(shù)值軟件建立采場數(shù)值模模型，參數(shù)設(shè)置見表2。

表2 采場數(shù)值模型參數(shù)設(shè)置

模擬按照理論計算值域，煤柱留設(shè)尺寸分為10m，8m，6m，4 m四種工況，各種工況條件下垂直應(yīng)力分布云圖見圖3。

圖3（a）:當留設(shè)煤柱寬度在10 m左右時，中央彈性核寬度為13.95 m；煤柱應(yīng)力較為集中，主要原因為側(cè)向支承壓力疊加。

圖3 不同尺寸煤柱垂直應(yīng)力分布云圖

圖3（b）:當留設(shè)煤柱寬度在8 m左右時，中央彈性核寬度為3.02 m；此時煤柱應(yīng)力集中程度減小，彈性核減小，說明側(cè)向支承壓力疊加效果進一步明顯。

圖3（c）:當留設(shè)煤柱寬度在6 m左右時，中央彈性核寬度為0m，說明此時煤柱彈性核消失，煤柱支撐力達到臨界值。

圖3（d）:當留設(shè)煤柱寬度在4 m左右時，中央彈性核寬度不再變化，說明此時側(cè)向支承壓力向煤體深部轉(zhuǎn)移，煤柱臨界值為6 m左右。

5 圍巖控制方案

5.1 淺掘強化

根據(jù)現(xiàn)場工作面圍巖特性，采用淺掘深、輕擾動圍巖的掘進方式；要求掘進機減少一次進深，提高截割頭轉(zhuǎn)數(shù)，降低截割頭移動速度，初期進深暫定0.8m，試驗中依據(jù)圍巖完整性及齒痕狀況，作相應(yīng)調(diào)整。同時在頂板及兩幫施工全粘結(jié)式錨桿（索），試驗中依據(jù)圍巖完整性及其活動監(jiān)測，相應(yīng)調(diào)整支護參數(shù)。

5.2 加固底板

底板強固包括清底、錨固、澆筑人工底板等工序。即在工作面采動影響未到來之前對巷道底板施工底板錨桿進行加固，保證巷道底板巖層的整體塑性。錨桿采用1.5 m長的全粘結(jié)式錨桿，間排距均為1.0m，垂直底板打設(shè)。同時在底板鋪設(shè)金屬網(wǎng)，并在金屬網(wǎng)上澆筑混凝土，構(gòu)成人工鋼筋混凝土底板。無載荷人工底板厚50 mm，載荷底板厚200 mm、400 mm，依據(jù)荷載要求確定。

5.3 護巷煤柱加固

護巷煤柱在正常巷道煤幫基礎(chǔ)上，將一排錨桿改為錨索，錨桿長2.4m，錨索長4.3 m。并實行全長粘結(jié)式錨固形式，即需將錨余空間密封固結(jié)后，再安設(shè)錨桿（索）鎖具、托盤。煤柱兩側(cè)面鋼筋混凝土噴層厚度不小于50 mm，且與實體煤幫、鋼筋網(wǎng)、頂?shù)装鍑妼泳o密凝結(jié)。留巷側(cè)煤柱幫錨索在中間排，垂直巷道軸線，與煤層面上仰5°；在其上方與下方各布置一排錨桿，垂直巷道軸線，與煤層面平行。空區(qū)側(cè)煤柱幫錨索在最上排，垂直巷道軸線，與煤層面上仰5°；在其下方布置二排錨桿，垂直巷道軸線，與煤層面平行。

6 現(xiàn)場效果

在現(xiàn)場進行了為期三個月的工業(yè)性試驗，以2#橫川處工作面煤柱尺寸改變后的橫川處變化和底板變化為例，其前后效果對比見圖4。

圖4 小煤柱整體視圖

由上圖可以看出，試驗巷道段2#橫川處原先巷道保護煤柱尺寸為15m，巷道變形量較大，主要是工作面過斷層和陷落柱致使煤柱長期處于超前支承壓力應(yīng)力峰值區(qū)域，掘進橫川過程沒有進行及時噴漿封閉，沒能有效控制頂?shù)装宓囊平?。采? m小煤柱并對巷幫、底板強化加固后，工作面圍巖能夠保持整體塑性，頂?shù)装?、兩幫移近量均在設(shè)計要求之內(nèi)，說明煤柱處于工作面?zhèn)认蛞苿又С袎毫Φ膽?yīng)力降低區(qū)，在合理支護阻力下，能夠保障煤柱在回采期間的穩(wěn)定性。

7 結(jié)語

針對杜兒坪礦主采3號煤層賦存條件和工作面實際情況，分析了73092工作面煤層巷道失穩(wěn)的基本原因為，支護煤體為松散結(jié)構(gòu)，隨著時間推移和采動影響，松散結(jié)構(gòu)逐漸擴大，導(dǎo)致錨桿（索）支護效果逐漸喪失，頂板發(fā)生局部破壞直至整體失穩(wěn)，并針對性設(shè)計了工作面留設(shè)6 m保護煤柱的技術(shù)方案?，F(xiàn)場結(jié)果表明，73092工作面留設(shè)6.0m煤柱處于工作面?zhèn)认蛞苿又С袎毫Φ膽?yīng)力降低區(qū)，在合理支護阻力下，能夠保障煤柱在回采期間的穩(wěn)定性。實驗證明，杜兒坪礦3#煤層綜采工作面留設(shè)小煤柱的技術(shù)方案是可行的，對于提高井田回采率、降低巷道修復(fù)工程量、緩解礦井生產(chǎn)接續(xù)等問題具有重要的指導(dǎo)意義。