甄向宇

（霍州煤電宏大隆博煤業(yè)，山西 臨汾 042101）

窄煤柱沿空掘巷是將下工作面回采巷道布置在臨近上工作面采空區(qū)后形成的應力降低區(qū)，窄煤柱沿空掘巷不但可以改善巷道應力環(huán)境，有利于巷道維護，而且提高了煤炭資源回收率，因此，窄煤柱沿空掘巷成為工作面回采巷道常見的一種方式。大量研究表明，合理的煤柱寬度是保證沿空掘巷圍巖穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素之一，目前，沿空掘巷煤柱寬度普遍在3～10 m 范圍內(nèi)[1-3]。本文以隆博煤業(yè)2-508回風巷為工程背景，采用數(shù)值模擬的方法，分析不同煤柱寬度下巷道圍巖應力及頂板下沉規(guī)律，從而合理確定窄煤柱寬度。基于此，試驗了窄煤柱沿空掘巷，為類似工作面回采巷道沿空掘巷提供借鑒。

1 工程背景

2-508 工作面位于830 m 水平五采區(qū)，開采2#下煤層，開采區(qū)域工作面標高656～786 m，地面標高1150～1326 m。本工作面北部為2-510 采空區(qū)，東部緊挨河吉高速公路實體煤區(qū)域，南部為設(shè)計2-506 工作面實體區(qū)域，西部為2#下三條開拓大巷（運輸巷、軌道巷、回風巷），其上覆為2#上煤層部分不可采實體區(qū)域。采掘工程平面示意圖如圖1。本工作面煤層總體比較穩(wěn)定，厚度在3.4～4.2 m之間，均厚為3.8 m，平均夾矸0.3 m，煤層傾角0°～12°，均厚為6°，煤層結(jié)構(gòu)簡單。工作面基本頂為細粒砂巖，厚度5.4 m，堅硬；直接頂為粉砂巖，厚度3.9 m，堅硬；偽頂為泥巖，厚度1.3 m，松軟；直接底為泥巖，厚度1.4 m，松軟。為改善巷道應力環(huán)境，增加煤炭資源的回收， 2-508 回風巷設(shè)計采用窄煤柱沿空掘巷技術(shù)。

圖1 2-508 工作面采掘工程平面示意圖

2 窄煤柱沿空掘巷煤柱寬度的確定

合理的煤柱寬度是保證沿空掘巷圍巖穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素之一[4-5]。以2-508 回風巷生產(chǎn)地質(zhì)條件為工程背景，采用數(shù)值模擬的方法，分析不同煤柱寬度（4 m、6 m、8 m、10 m）下巷道圍巖應力及頂板變形規(guī)律，從而合理確定2-508 回風巷窄煤柱寬度。

圖2 給出了不同煤柱寬度（4 m、6 m、8 m、10 m）下巷道幫部應力分布曲線圖。由圖可知，巷道實煤體幫和煤柱幫內(nèi)應力均呈單峰分布。煤柱寬度為4 m 時，巷道實煤體幫應力峰值22.5 MPa，煤柱幫應力峰值5.5 MPa；煤柱寬度為6 m 時，巷道實煤體幫應力峰值22.0 MPa，煤柱幫應力峰值8.3 MPa；煤柱寬度為8 m 時，巷道實煤體幫應力峰值19.7 MPa，煤柱幫應力峰值11.0 MPa；煤柱寬度為10 m 時，巷道實煤體幫應力峰值17.2 MPa，煤柱幫應力峰值23.2 MPa。煤柱寬度為4 m、6 m 時，煤柱內(nèi)應力峰值小于原巖應力，煤柱均處于破碎區(qū)，承載能力較弱；煤柱寬度為10 m 時，煤柱內(nèi)應力集中系數(shù)2.5，煤柱內(nèi)應力較高，易出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象；而當煤柱寬度為8 m 時，煤柱存在小范圍的應力集中，其具備承載能力，通過一定的支護手段，可實現(xiàn)窄煤柱的穩(wěn)定控制。

圖2 不同煤柱寬度下巷道幫部應力分布曲線圖

圖3 給出了不同煤柱寬度（4 m、6 m、8 m、10 m）下巷道頂板變形曲線圖。由圖可知，巷道頂板變形均呈非對稱性。煤柱寬度為4 m 時，巷道實煤體幫頂板下沉214 mm，煤柱幫應力頂板下沉512 mm；煤柱寬度為6 m 時，巷道實煤體幫頂板下沉220 mm，煤柱幫應力頂板下沉454 mm；煤柱寬度為8 m 時，巷道實煤體幫頂板下沉203 mm，煤柱幫應力頂板下沉389 mm；煤柱寬度為10 m 時，巷道實煤體幫頂板下沉148 mm，煤柱幫應力頂板下沉303 mm。隨著煤柱寬度的增加，巷道頂板下沉量隨之減小，其中窄煤柱幫頂板下沉較明顯。雖然煤柱寬度為10 m 時，巷道頂板下沉量較小，但是其煤柱處于高應力環(huán)境下，在后期工作面回采過程中，煤柱的穩(wěn)定性不易維護。因此，確定2-508 回風巷窄煤柱寬度為8 m。

圖3 不同煤柱寬度下巷道頂板變形曲線圖

3 窄煤柱沿空掘巷支護技術(shù)

基于上述分析研究，確定沿2-510 采空區(qū)邊緣留設(shè)8.0 m 寬的煤柱進行掘進2-508 回風巷，確定沿空掘巷支護方案如圖4，具體技術(shù)與參數(shù)如下：

圖4 巷道支護斷面圖（mm）

（1）頂幫錨桿均采用長度2400 mm、直徑22 mm 的左旋高強錨桿，每排均布置5 根，間排距分別為800 mm×800 mm、700 mm×800 mm，采用W 鋼帶成排連接。

（2）頂板采用錨索加強支護，頂板中部采用長度7200 mm、直徑17.8 mm 的預應力錨索，每排布置2 根，間排距1600 mm×1600 mm，靠近窄煤柱幫300 m 處，采用錨梁加強支護，錨梁采用長度7200 mm、直徑17.8 mm 的預應力錨索+16#槽鋼，間距1600 mm。

（3）窄煤柱幫采用錨索補強+注漿強化，幫錨索采用長度6200 mm、直徑17.8 mm 的預應力錨索，每排布置2 根，間排距1400 mm×1600 mm，同時采用水灰比0.8:1 的新型雙液無機材料進行注漿強化。

4 巷道圍巖控制效果

將提出窄煤柱沿空掘巷支護方案應用于2-508回風巷，監(jiān)測2-508 回風巷圍巖變形情況，如圖5所示。由圖可知，2-508 回風巷掘巷30 d 后圍巖變形逐漸穩(wěn)定，此時，頂?shù)装逑鄬ψ冃?37 mm，其中底板鼓起65 mm，兩幫相對變形205 mm，其中實煤體幫變形74 mm。工作面回采期間，超前工作面0～60 m 范圍內(nèi)2-508 回風巷變形量較大，回采期間2-508 回風巷頂板最大下沉181 mm，底板最大鼓起125 mm，實煤體幫最大變形248 mm，窄煤柱幫最大變形331 mm。綜上所述，在巷道掘進及工作面超前采動影響期間，2-508 回風巷變形均在允許范圍內(nèi)，證明了煤柱寬度留設(shè)及窄煤柱沿空掘巷支護技術(shù)的合理性。

圖5 巷道變形曲線圖

5 結(jié)論

合理的煤柱寬度是保證沿空掘巷圍巖穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素之一，以隆博煤業(yè)2-508 回風巷生產(chǎn)地質(zhì)條件為工程背景，分析了不同煤柱寬度下巷道圍巖應力及頂板下沉規(guī)律，確定2-508 回風巷沿2-510采空區(qū)邊緣留設(shè)8.0 m 寬的煤柱進行掘進，設(shè)計了沿空掘巷支護方案?，F(xiàn)場應用后，在巷道掘進及工作面超前采動影響期間，巷道變形均在允許范圍內(nèi)，證明了煤柱寬度留設(shè)及窄煤柱沿空掘巷支護技術(shù)的合理性。