李志崗

（汾西礦業(yè)集團曙光煤礦，山西 孝義 032300）

現(xiàn)代煤礦開采期間，一次開采高度、開采深度不斷加大，同時，采掘速度也不斷加快，這也提高了煤礦開采壓力。煤礦開采期間，采用小煤柱護巷技術，能夠保證煤礦開采作業(yè)順利進行，提高開采效率，避免開采過程中發(fā)生安全事故，造成人員傷亡。

1 小煤柱護巷機理

一般來說，巷道圍護效果會隨著煤柱變寬而提高，但是，巷道維護效果與護巷寬度之間并非呈正比關系。煤礦回采穩(wěn)定后，在接近采空區(qū)附近會出現(xiàn)應力降低區(qū)。因此，在煤礦實際開采期間，可以將巷道布置在應力江地區(qū)，利用窄煤柱護巷局可以實現(xiàn)對巷道的保護，保證巷道穩(wěn)定，避免發(fā)生坍塌等事故[1]。

通過對大量實測數(shù)據(jù)資料發(fā)現(xiàn)，巷道圍巖移近量與煤柱寬度的關系，如圖1 所示，這可以作為判斷煤柱穩(wěn)定性的關鍵參數(shù)。沿著煤柱寬度方向一共分為三個部分，其中Ⅰ-Ⅱ為持續(xù)上升段，其中Ⅱ點表示達到巷道移近量最大值，Ⅱ-Ⅴ段持續(xù)下降，Ⅴ點后則趨于了平衡狀態(tài)，因此，在實際作業(yè)開展時，從安全、經(jīng)濟、施工難易程度等多個方面綜合考慮，最終決定小煤柱寬度應在Ⅰ點與Ⅱ點兩者之間。

圖1 巷道圍巖移近量與煤柱寬度關系

2 控制沿空掘巷圍巖思路

2.1 確保圍巖支護強度和剛度滿足要求

煤礦開采期間，若未依據(jù)實際情況做好圍巖控制，實際作業(yè)開展期間，將會導致掘進過程中發(fā)生損壞或變形等問題，同時，也會提高回采期間，控制圍巖難度。因此，需要提高圍巖支撐強度與剛度，而為了達到這一目的，需要采用高質量材料進行支護，提高圍巖支護強度，保證煤礦開采期間不會發(fā)生事故，這一方面能夠提高開采效率，另一方面也可以避免出現(xiàn)人員傷亡等問題。

2.2 加強對薄弱位置的控制

依據(jù)過去總結的工作經(jīng)驗來看，小煤柱沿空掘巷，煤柱會發(fā)生較為嚴重的變形現(xiàn)象，對于矩形巷道煤柱側直角部分，容易出現(xiàn)內擠或網(wǎng)兜現(xiàn)象，這也是整個巷道中較為薄弱區(qū)域[2]。因此，應當采取支護方式處理煤柱側直角處，關鍵方式就是采用更好擴散支護設備和實時增加方式處理，提高預應力，實現(xiàn)對巷道的保護。

2.3 綜合考慮控制效果與成本

在分析小煤柱沿空掘進巷道時，不僅要提升巷道支護強度，保證圍巖控制效果能夠達到預期，而且還要考慮后續(xù)掘進時的作業(yè)效率，以及支護中采用設備的成本，在保證開采安全、順利基礎上，提高經(jīng)濟效益。因此，對于巷道圍巖中薄弱與穩(wěn)固區(qū)域應當區(qū)別對待，采取不同支護設備進行處理，采用先進技術處理，提高巷道穩(wěn)定性，降低處理成本[3]。

3 煤礦工程中制定的巷道支護方案

3.1 煤礦工程概況

某煤礦4#煤層工作面巷道斷面為矩形，煤層工作面走向約為179.5 m，平均厚度約為2.78 m，朝向頂板掘進區(qū)域不存在大型地質結構，巷道高度約為3.2 m，寬度約為4 m?；卷斪陨斫Y構相對較為松散，實際開采作業(yè)期間，會隨著掘進作業(yè)進行發(fā)生脫落現(xiàn)象，整體圍護起來難度較大，對底板部位進行分析可以發(fā)現(xiàn)，底部區(qū)域以泥質砂巖為主，一旦遇水，容易膨脹。工作面預留設置煤柱寬度約為19.5 m，控制圍巖效果未達到預期，整個巷道存在較大變形量，底鼓區(qū)域較為嚴重，造成這一現(xiàn)象的主要原因有以下幾點：

1）底板巖層以泥巖和泥質砂巖為主，遇水后容易吸水從而發(fā)生膨脹現(xiàn)象，導致底板發(fā)生底鼓問題。

2）煤層構造為復合方式，出現(xiàn)了顯著裂隙，受風化與水源侵蝕等因素影響，隨著時間推移，裂隙會演變?yōu)橥ǖ?，結構容易被破壞。

3）圍巖結構穩(wěn)定性差，容易出現(xiàn)損壞，這將會導致支護工藝失效，無法起到保護作用。

4）開采期間會產生劇烈震動，這會導致頂板區(qū)域圍巖破壞情況進一步加深，致使巷道發(fā)生變形，從而對后續(xù)開采作業(yè)開展造成不良影響。

3.2 巷道支護方案

綜合分析小巷道支護技術，最終寬度設置的小煤柱寬度為7.8 m，其與寬度為19.5 m 煤柱相比，承接能力會降低。具體作業(yè)開展時，為了使最小煤柱支護作用能夠得到合理發(fā)揮，避免發(fā)生嚴重浪費現(xiàn)象，針對整個工作面巷道，應當采取全封閉加固技術進行處理。

3.2.1 采用混凝土開展反底拱錨注

頂?shù)装迨懿捎靡蛩赜绊憰纬蓧毫?，同時，受水侵影響會出現(xiàn)膨脹現(xiàn)象，上述內容的出現(xiàn)都會導致小煤柱形狀發(fā)生變形，出現(xiàn)底鼓現(xiàn)象[4]。一般情況下，采取臥底方式難以實現(xiàn)根治，這主要是由于臥底后，會在較短時間內發(fā)生二次底鼓現(xiàn)象。因此，要全面分析引起底鼓的因素，做好相應分析作業(yè)，利用可行性方解決問題。針對煤礦工程的情況來看，采取的針對性方案：超挖0.25 m 后，繼續(xù)超挖，構建反底拱結構，沿著底拱垂直設置長度為1.55 m 的空注漿錨桿；進行底板表面混凝土回填作業(yè)，待24 h 后，混凝土強度可以達到設計的90%。

3.2.2 超前支護巷道

針對煤層工作面，需要利用加強支護技術處理超過煤層52.0 m 和工作面滯后區(qū)域90.5 m，具體支護采取一梁三柱方式進行架棚，具體設置時，應當將間距控制在0.75 m。

3.2.3 加固小煤柱

進行小煤柱加固時，為了保證加固效果能夠達到預期，可以采取注漿方式進行加固，采取這一方式加固能夠提高小煤柱承載作用。設置錨桿時，間排距離為0.75 m，與幫底、幫頂相距0.3 m 設置錨桿，實際布置期間，每隔兩排錨桿應當設置一排空注漿錨索作為補充，其長度為6 m。

3.2.4 做好圍巖支護作業(yè)

具體圍巖支護期間，為了提高維護效果可以采取U 型鋼結合鉸接梁，同時，要采取有效措施對圍巖進行支護。工作面區(qū)域，U 型鋼與鉸接梁兩者能夠發(fā)揮出雙重作用，強化支護，設置的U 型鋼頂部與頂板相連接，而剩余部位則利用背面與兩幫背實。

3.2.5 噴漿封閉

通過對大量小煤柱支護經(jīng)驗進行總結分析可以確定，小煤柱支護穩(wěn)定性相對較差，一旦受到采動壓力影響，內部容易出現(xiàn)裂隙，從而發(fā)生變形。若采空區(qū)出現(xiàn)涌水情況，可能會誘發(fā)水害問題[5]。由此可見，避免在這一期間，圍巖結構性能遭受破壞，需要在對現(xiàn)場具體情況進行全面分析基礎上，加固處理巷道圍巖，噴層厚度為0.06 m。

3.3 小煤柱護巷支護應用取得成效

針對本煤礦工程來說，小煤柱支護取得的成效如下：

1）采取全封閉支護措施，在相應范圍處理煤層工作面中回風巷小煤柱預留區(qū)域。觀察采用該項技術處理的巷道圍巖，做好相應分析工作，通過分析可以確定，采取全封閉措施處理煤層巷道后，掘進期間，頂?shù)装搴蛢蓭鸵平吭?4 d 后，幾乎沒有繼續(xù)發(fā)生改變，這一情況表明，巷道圍巖變形受掘進周期影響相對較小，時間較短[6]。此時，梁板移近量達到了7.84 cm，而頂?shù)装逡平縿t達到了10.42 cm，經(jīng)過加固處理后，能夠確保巷道圍巖變形處于相對穩(wěn)定狀態(tài)[7]。

2）回采期間兩幫變形量和頂?shù)装迮c工作面相距越近，變形量越大，造成這一現(xiàn)象的主要原因就是兩幫變形量和頂?shù)装迮c工作面相距越近，其遭受采動影響也就越大，這會導致圍巖活動明顯；從現(xiàn)場的實際情況來看，與工作面相距超過125 m 之后，采動作業(yè)對變量就不會產生較大影響。

3）回采開展與工作面距離后部28.5 m 范圍內，受采動影響相對較為嚴重。針對這一現(xiàn)象，可以利用超前一梁三柱方式架棚，通過這一方式處理，能夠保證巷道回采后，整個巷道處于相對完整狀態(tài)。

4 結語

采用7.8 m 煤柱作為該煤層作業(yè)面的回風巷側支護措施，通過對具體應用其情況來看，采用小煤柱護巷技術可以實現(xiàn)對圍巖情況的有效控制，而且實際應用經(jīng)驗來看，具體應用取得了不錯應用效果，而且對于下一區(qū)段作業(yè)面穩(wěn)固性、完整性都能夠起到維護作用。同時，還能夠保證巷道掘進與回采期間，巷道穩(wěn)定性，減少事故的發(fā)生，提高煤礦開采效率。