秦德平

(山西焦煤集團 嵐縣正利煤業(yè)有限公司，山西 嵐縣 033500)

在我國工業(yè)現(xiàn)代化快速發(fā)展的階段，富煤、貧油、少氣的資源賦存結(jié)構(gòu)決定了煤炭的主體消費能源地位。隨著煤炭不斷被開采，地質(zhì)條件賦存較好的煤炭資源已逐步被開采殆盡。目前，煤炭開采逐漸向深部轉(zhuǎn)移，隨著煤層開采深度的增加，其賦存的地質(zhì)條件也愈加復雜，礦山壓力逐漸顯現(xiàn)，圍巖變形破壞嚴重，巷道維護更加困難[1-4]。正利煤業(yè)14-1201工作面軌道巷用于14-1201工作面輔助運輸，工作面開采4-1號煤層，屬于二采區(qū)工作面，煤層整體呈東西單斜構(gòu)造，煤層平均厚度3.19 m，平均傾角6°。14-1201工作面軌道巷西部為14-1101工作面采空區(qū)，計劃采用沿空掘巷技術(shù)掘進試驗巷道，以提高煤炭回收率、改善巷道圍巖應力環(huán)境、緩解采掘接續(xù)壓力。試驗巷道掘進寬度4.5 m，掘進高度3.1 m，工作面存在偽頂巖層，巖性以砂質(zhì)泥巖為主，中間夾薄層狀細粒砂巖；直接頂巖層為細粒砂巖，薄層狀，水平層理；基本頂巖層為泥巖，含少量植物化石；直接底巖層為砂質(zhì)泥巖，存在明顯的水平層理。由于工作面軌道巷埋藏較深，處于高應力環(huán)境，加之受14-1101工作面采動影響，采用沿空掘巷技術(shù)后，巷道圍巖的穩(wěn)定控制成為一大難題，亟需開展14-1201軌道巷沿空掘巷技術(shù)相關(guān)研究。

1 沿空掘巷煤柱穩(wěn)定性分析

煤柱寬度直接影響到沿空掘巷的穩(wěn)定性，根據(jù)試驗巷道生產(chǎn)地質(zhì)條件，采用FLAC3D數(shù)值模擬軟件模擬分析不同護巷煤柱寬度下巷道圍巖的穩(wěn)定性。

圖1給出了不同煤柱寬度(5 m、6 m、7 m、8 m)下煤柱內(nèi)垂直應力的分布曲線。如圖1所示，不同煤柱寬度對應的應力分布形態(tài)近似一致，均呈單峰分布，煤柱集中應力偏向采空區(qū)側(cè)，且不同煤柱寬度對應的采空區(qū)側(cè)0～0.7 m范圍內(nèi)煤柱應力分布近似相等，該范圍內(nèi)煤柱煤體呈破碎結(jié)構(gòu)，不存在承載能力；在0.7～2.0 m范圍內(nèi)，煤柱內(nèi)垂直應力迅速增加，之后應力增幅逐漸減小，并逐漸增加至峰值。根據(jù)應力分布結(jié)果來看，隨著煤柱寬度的增加，煤柱所承載的垂直應力逐漸增加。煤柱寬度為5 m時，煤柱應力峰值為15.1 MPa；煤柱寬度為6 m時，煤柱應力峰值為17.5 MPa；煤柱寬度為7 m時，煤柱應力峰值為18.9 MPa；煤柱寬度為8 m時，煤柱應力峰值為20.1 MPa。同時，應力峰值位置距采空區(qū)的距離也隨之增加。

圖1 不同煤柱寬度下煤柱內(nèi)垂直應力分布曲線

圖2給出了不同煤柱寬度(5 m、6 m、7 m、8 m)下巷道表面圍巖變形曲線。如圖2所示，隨著煤柱寬度的增加，煤柱、實煤體幫、底板表面圍巖變形均呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，煤柱寬度為6 m時，頂板巖層變形最小，約283.5 mm。綜合來看，煤柱寬度由7 m減小至6 m時，圍巖變形有所減小，煤柱寬度小于6 m時，圍巖變形增加，因此確定煤柱寬度為6 m。

圖2 不同煤柱寬度下巷道表面圍巖變形曲線

2 沿空掘巷支護技術(shù)

基于沿空掘巷煤柱穩(wěn)定性分析和現(xiàn)場具體生產(chǎn)技術(shù)條件，確定14-1201軌道巷留設6 m寬的煤柱?；诖?，開發(fā)14-1201軌道巷沿空掘巷支護技術(shù)，巷道頂板采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護，幫部采用非對稱性支護技術(shù)，實煤體幫采用錨網(wǎng)支護，煤柱幫采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護用于強化煤柱力學性能，改善巷道圍巖應力環(huán)境，具體支護技術(shù)與參數(shù)如下，巷道支護斷面圖如圖3所示。

圖3 巷道支護斷面(mm)

1) 頂板采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護，頂板錨桿采用規(guī)格D22 mm×2 400 mm的左旋螺紋高強錨桿，間排距0.8 m×0.8 m，頂板錨索采用規(guī)格D21.6 mm×7 300 mm的高強度鋼絞線，錨索間排距為1.6 m×1.6 m，金屬網(wǎng)采用D3.3 mm鋼絲編制而成的六角網(wǎng)，規(guī)格4.3 m×1.2 m，每根錨桿配1支MSCK2335和1支MSK2360樹脂錨固劑，每根錨索配1支MSCK2335和2支MSK2360樹脂錨固劑。

2) 實煤體幫采用錨網(wǎng)支護，實煤體幫錨桿采用規(guī)格D20 mm×2 200 mm的左旋螺紋高強錨桿，間排距0.8 m×0.8 m，金屬網(wǎng)采用D3.3 mm鋼絲編制而成的六角網(wǎng)，規(guī)格2.9 m×1.2 m，每根錨桿配1支MSCK2335和1支MSK2360樹脂錨固劑。

3) 煤柱幫采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護，煤柱幫錨桿采用規(guī)格D22 mm×2 400 mm的左旋螺紋高強錨桿，間排距0.8 m×0.8 m，煤柱幫錨索采用規(guī)格D17.8 mm×4 300 mm的高強度鋼絞線，錨索間排距為1.6 m×1.6 m，金屬網(wǎng)采用D3.3 mm鋼絲編制而成的六角網(wǎng)，規(guī)格2.9 m×1.2 m，每根錨桿配1支MSCK2335和1支MSK2360樹脂錨固劑，每根錨索配1支MSCK2335和2支MSK2360樹脂錨固劑。

3 圍巖控制效果

正利煤業(yè)14-1201軌道巷與14-1101留設6 m寬的護巷煤柱進行掘巷，同時采用上述14-1201軌道巷沿空掘巷支護技術(shù)與參數(shù)進行現(xiàn)場應用。巷道掘進穩(wěn)定過程中，監(jiān)測了圍巖表面變形和離層情況，圖4給出了試驗巷道表面圍巖變形曲線，圖5給出了試驗巷道圍巖離層曲線。

圖4 試驗巷道表面圍巖變形曲線

圖5 試驗巷道圍巖離層曲線

如圖4所示，巷道變形量初期持續(xù)增加，后期逐漸趨于穩(wěn)定，巷道掘進100 m范圍內(nèi)，巷道變形速度相對較快，兩幫平均變形速度5.8 mm/d，頂?shù)装迤骄冃嗡俣?.2 mm/d。巷道掘進100 m范圍后，巷道變形速度大幅度降低，圍巖逐漸趨于穩(wěn)定，巷道圍巖變形主要發(fā)生在淺部巖層，淺部巖層平均離層量為24 mm，深部巖層平均離層量為15mm，綜上所述，14-1201軌道巷形成初期，合理的支護技術(shù)與參數(shù)及時控制了淺部破碎圍巖的離層，雖然掘進影響下巷道出現(xiàn)明顯的變形，但整體來看，錨固區(qū)內(nèi)圍巖得到了有效控制，沿空巷道圍巖控制效果相對良好。

4 結(jié) 語

沿空掘巷具有提高煤炭回收率、改善巷道圍巖應力環(huán)境、緩解采掘接續(xù)壓力等優(yōu)點。以正利煤業(yè)14-1201軌道巷工程背景，通過分析不同煤柱寬度下煤柱應力分布特征和圍巖變形規(guī)律，確定了試驗巷道采用6 m的煤柱寬度進行掘巷?；诖耍_發(fā)了14-1201軌道巷沿空掘巷支護技術(shù)，巷道頂板采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護，幫部采用非對稱性支護技術(shù)，實煤體幫采用錨網(wǎng)支護，煤柱幫采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護用于強化煤柱力學性能，改善巷道圍巖應力環(huán)境，現(xiàn)場應用結(jié)果表明了煤柱寬度和支護技術(shù)參數(shù)的合理性和可靠性。