原長(zhǎng)春

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)成莊礦，山西 晉城 048021）

1 工程概況

成莊礦5315 工作面采用綜采放頂煤開(kāi)采，開(kāi)采3 號(hào)煤層，平均厚6.2 m，傾角3°，埋深在360～448 m 之間。直接頂為泥巖，厚4.4 m；基本頂為砂質(zhì)泥巖，厚83 m；直接底和基本底為泥巖，厚6 m。53151 巷為5315 工作面皮帶順槽，53151 巷沿3 號(hào)煤層頂板留窄煤柱沿空掘進(jìn)，巷寬5.5 m，巷高3.5 m，長(zhǎng)度1 986.04 m。5315 工作面回采范圍內(nèi)存在多個(gè)斷層和陷落柱。

2 窄煤柱寬度分析·

窄煤柱沿空掘巷[1-3]是指在上個(gè)工作面采空區(qū)側(cè)向應(yīng)力降低區(qū)內(nèi)，留設(shè)小煤柱沿空掘巷，利于巷道圍巖穩(wěn)定。根據(jù)以往3 號(hào)煤層綜放工作面礦壓觀測(cè)結(jié)果，工作面?zhèn)认蛑С袎毫Ψ逯稻囗槻巯飵推骄s15 m，考慮巷道掘進(jìn)寬度，對(duì)3 m、5 m、7 m 和10 m 寬度煤柱穩(wěn)定性進(jìn)行數(shù)值模擬，分析不同寬度煤柱塑性區(qū)分布情況。模型結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，取工作面最大埋深，同樣支護(hù)形式和應(yīng)力環(huán)境，模擬結(jié)果如圖1。

圖1 不同寬度窄煤柱塑性區(qū)分布圖

由圖1 可以看出：（1）留設(shè)3 m 煤柱時(shí)，由于采動(dòng)應(yīng)力作用，煤柱完全處于塑性破壞狀態(tài)，不利于巷道圍巖穩(wěn)定；（2）留設(shè)5 m 煤柱時(shí)，煤柱內(nèi)部存在1.5 m 的彈性核，沒(méi)有完全塑性破壞，能夠承受較大的載荷；（3）留設(shè)7 m 煤柱時(shí)，煤柱內(nèi)部彈性核增大到約4 m，煤柱承載能力進(jìn)一步增強(qiáng)；（4）留10 m 煤柱時(shí)，煤柱內(nèi)部彈性核增大到約7 m。

故此，護(hù)巷煤柱寬度不宜小于5 m。為保證沿空掘巷巷幫錨桿索的錨固可靠，窄煤柱內(nèi)部彈性核不宜過(guò)小，故此決定窄煤柱留設(shè)寬度不小于6 m。

3 沿空巷道圍巖協(xié)同控制技術(shù)

由于窄煤柱沿空掘巷受采動(dòng)應(yīng)力影響，圍巖較為破碎，加之地質(zhì)構(gòu)造等影響，將錨桿支護(hù)、注漿加固及輔助支護(hù)有機(jī)結(jié)合，形成圍巖協(xié)同控制技術(shù)[4-6]。

3.1 迎頭預(yù)注漿

53151 巷掘進(jìn)期間，如遇構(gòu)造影響區(qū)、應(yīng)力集中等圍巖松軟破碎時(shí)，需在掘進(jìn)迎頭預(yù)注漿，使迎頭前方破碎煤巖體形成一個(gè)整體，以利于巷道掘進(jìn)作業(yè)和頂板維護(hù)。注漿采用聚氨酯雙組分化學(xué)漿液，體積比1:1 進(jìn)行注漿。注漿孔分上、中、下三排布置，下部注漿孔距底板500 mm，中部注漿孔距底板1750 mm，上部鉆孔距頂板500 mm。每排3個(gè)鉆孔，鉆孔呈扇形，鉆孔水平施工，向煤柱側(cè)偏6°～10°。鉆孔直徑42 mm，孔深10～12 m，掘進(jìn)迎頭每掘進(jìn)6 m 打一排預(yù)注漿鉆孔進(jìn)行注漿。采用專(zhuān)用封孔器封孔，封孔深度4 m，封孔器外端采用注化學(xué)漿進(jìn)行封孔，總封孔長(zhǎng)度不小于4 m，孔口注漿壓力2～4 MPa。

3.2 巷道錨桿支護(hù)

（1）頂板支護(hù)

巷道頂板采用短、長(zhǎng)配合的全錨索支護(hù)。短錨索規(guī)格為SKP22-1/1720-4300，每排6 根，間排距均為1 m；長(zhǎng)錨索規(guī)格為SKP22-1/1720-7300，每排3 根，排距2 m，間距1.5 m，兩側(cè)距兩幫各1.25 m。長(zhǎng)、短錨索均垂直頂板打設(shè)，采用樹(shù)脂加長(zhǎng)錨固，預(yù)緊力不小于320 kN，鋼筋網(wǎng)和塑料網(wǎng)雙層網(wǎng)護(hù)表。

（2）巷幫支護(hù)

巷幫采用錨桿索支護(hù)。錨桿為500 號(hào)鋼材，直徑22 mm，長(zhǎng)2.4 m，每幫每排4 根，間距0.9 m，排距1 m，距頂?shù)装寰鶠?.4 m；頂角錨桿仰角不大于10°，其余均垂直巷幫打設(shè)；采用樹(shù)脂加長(zhǎng)錨固，預(yù)緊力矩不小于200 N·m；配套W 鋼護(hù)板。巷幫錨索與頂板短錨索規(guī)格一致，每幫每排3 根，間距均為1.4 m，距頂板0.3 m，距底板0.4 m；煤柱側(cè)排距1 m，煤體側(cè)排距2 m；與頂板錨固方式一致，預(yù)緊力不小于150 kN，預(yù)緊力不足時(shí)，需進(jìn)行注漿加固；采用雙層金屬網(wǎng)護(hù)幫。

3.3 輔助支護(hù)

對(duì)于巷幫煤體疏松破碎，錨桿錨固力不能達(dá)到設(shè)計(jì)的150 kN 要求時(shí)，需進(jìn)行輔助支護(hù)。輔助支護(hù)采用噴漿封閉、滯后注漿及單體支柱或架棚的形式。噴漿封閉厚度50 mm，滯后距離不超過(guò)50 m。單體支柱和架棚支護(hù)形式如下：

（1）煤柱側(cè)巷幫錨桿錨固力大于100 kN、小于150 kN 時(shí)，在煤柱側(cè)巷幫打設(shè)一列單體支柱，單體柱距巷幫0.5 m，排距1000 mm，滯后掘進(jìn)工作面5～7 m 打設(shè)，并采用長(zhǎng)3 m 的12#工字鋼梁支護(hù)頂板，底板采用塑料柱鞋，初撐力不小于140 kN，并采用聯(lián)柱繩連鎖，防倒到位。

（2）煤柱側(cè)巷幫錨桿錨固力大于50 kN、小于100 kN 時(shí)，采用一梁三柱支護(hù)頂板，每排打設(shè)3 根單體支柱，排距1 m，滯后工作面3～5 m 打設(shè)，前50 m 為一梁二柱，之后補(bǔ)為一梁三柱，頂板采用長(zhǎng)5.5 m 的12#工字鋼梁支護(hù)頂板，底板采用塑料柱鞋，初撐力不小于140 kN，并采用聯(lián)柱繩連鎖，防倒到位。

（3）煤柱側(cè)巷幫錨桿錨固力小于50 kN 時(shí)，對(duì)此區(qū)域前后5 m 范圍進(jìn)行架棚支護(hù)，按5000 mm×3500 mm 斷面架設(shè)25U 型鋼梯形棚。

3.4 滯后注漿加固

巷道掘進(jìn)錨網(wǎng)噴支護(hù)完成后，滯后工作面100 m 對(duì)巷道幫部錨桿錨固力未達(dá)到150 kN 或錨索錨固力未達(dá)到100 kN 區(qū)段巷道幫部進(jìn)行滯后注漿施工。

（1）注漿參數(shù)

在煤柱側(cè)巷幫布置注漿加固鉆孔，按排布置，呈五花型，排距為2000 mm，間距為1250 mm，鉆孔布置如圖2。鉆孔直徑45 mm，鉆孔深度4 m，每排3 個(gè)鉆孔時(shí)，上部注漿鉆孔上仰15°，下部注漿鉆孔下扎15°，中部鉆孔垂直巷幫；每排2個(gè)鉆孔時(shí)，上部注漿鉆孔上仰10°，下部注漿鉆孔下扎10°?？卓谥g管路為長(zhǎng)0.8 m 的DN20 鋼管，孔內(nèi)為直徑20 mm、長(zhǎng)3 m 的塑料管；封孔長(zhǎng)度為0.8 m。注漿采用聚氨酯雙組分化學(xué)漿，體積比為1:1，注漿壓力為1～3 MPa。

圖2 5310 高抽巷破碎巷幫聯(lián)合支護(hù)平面示意圖

圖2 滯后注漿鉆孔布置圖

（2）效果檢測(cè)

滯后注漿施工結(jié)束后，采用鉆孔窺視儀對(duì)煤柱側(cè)注漿區(qū)域進(jìn)行窺視，對(duì)于注漿不密實(shí)的區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)打注漿鉆孔二次補(bǔ)注，確保注漿加固效果。

4 效果分析

為考察留窄煤柱沿空掘巷圍巖控制效果，對(duì)巷道掘進(jìn)期間的巷道表面位移及支護(hù)體受力進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)。在巷道掘進(jìn)期間巷道圍巖初期變形較大，約15 d 后，巷道圍巖變形逐漸減小。沿空掘巷巷道圍巖變形速率經(jīng)歷由大到小的過(guò)程，至巷道圍巖穩(wěn)定時(shí)，正常區(qū)域巷道頂?shù)装逡平繛?59 mm，兩幫收縮量達(dá)到380 mm，兩幫變形主要體現(xiàn)為煤柱側(cè)巷幫明顯收縮。除特殊區(qū)域巷道破碎、承載能力弱、圍巖變形及錨桿索受力相對(duì)較大，其余巷道錨桿索受力均不大，能夠有效加固圍巖，實(shí)現(xiàn)共同承載，同時(shí)為迎接工作面回采動(dòng)壓作用保留了充分變形和受力的空間。

5 結(jié)論

（1）通過(guò)數(shù)值模擬分析，確定了成莊礦厚煤層沿空掘巷窄煤柱合理寬度為6 m，并設(shè)計(jì)了錨桿支護(hù)、注漿加固及輔助支護(hù)相結(jié)合的圍巖協(xié)同控制技術(shù)。

（2）井下試驗(yàn)可知，留設(shè)6 m 窄煤柱沿空掘巷較為合理，沿空巷道處于應(yīng)力降低區(qū)，巷道圍巖變形及支護(hù)體整體受力較小，“錨注輔”協(xié)同支護(hù)能夠有效控制沿空巷道圍巖穩(wěn)定。