小煤柱回采巷道围岩控制措施研究

范梦梦

（西山煤电股份有限公司马兰矿，山西 古交 030205）

1 工作面概述

西山煤电集团股份有限公司马兰矿12703工作面位于井田南七采区右翼，工作面所采煤层为二叠系下统山西组2#煤层，属近水平稳定可采厚煤层。煤层结构简单，煤层普氏硬度2.0～2.5。

12703工作面设计走向长度为1058 m，倾向长度为178 m，回采煤层平均厚度为3.0 m，工作面采用综合机械化后退式回采工艺，全部垮落法处理采空区。12703工作面西侧为12702采空区，东侧实煤区。为了提高工作面煤柱回收率，12703工作面采用预留小煤柱法进行回采，即工作面回风顺槽与12702采空区之间预留小煤柱，小煤柱宽度为20 m。截至目前工作面已回采120 m。

由于12703工作面煤层属石炭系煤层，工作面采用小煤柱回采期间受邻近采空区压力及回采应力影响，在前期回采阶段回风顺槽侧小煤柱出现严重片帮现象，随着工作面不断推进和采空区垮落，小煤柱受力加大，在工作面回采至80 m处工作面顶板与小煤柱之间三角煤柱出现局部垮落现象，煤柱支撑作用失效，顶板下沉量达0.35 m，且出现邻近采空区瓦斯涌出现象，局部地段瓦斯浓度达到1.8%。受应力作用，小煤柱安全维护难度加大，降低了煤柱对顶板支撑作用，而且很容易造成工作面与邻近采空区贯通，从而严重威胁综采工作面安全生产。

2 原支护设计及问题分析

2.1 原支护方式

在工作面形成阶段，初步支护设计中对小煤柱采用单锚杆支护，锚杆长度为2.0m，直径为22mm，煤柱共施工三排护帮，排距为1.0m，间距为1.0m，第一排护帮距顶板间距为0.5m。锚杆与煤柱之间采用长度为0.45m、宽度为0.25m钢带进行预紧。

2.2 问题分析

由于预留煤柱宽度为20m，煤柱对顶板支撑作用力小，在应力作用下煤柱发生挤压变形，在变形区域内形成应力集中区，造成应力集中区内煤体出现严重破碎现象，破碎深度达2.5m，而原支护设计锚杆长度为2.0m，锚杆锚固端位于破碎岩体内，锚固效果差，同时煤体破碎时胶结稳定性差，锚杆对煤柱支护作用力在破碎岩体内出现扩散，支护效果差。而且单一的锚杆只能对局部范围内煤柱起到支护作用，当应力集中时相邻锚杆之间无法起到联锁作用，锚杆与锚杆之间的支护薄弱区很容易出现应力突出，从而造成煤壁片帮现象。

3 小煤柱联合支护设计

为提高小煤柱支护作用，对小煤柱采用注浆+施工加长锚杆并安装圆钢托架+“L”型钢棚等联合支护，具体施工方法如下。

3.1 注浆支护

（1）在12703回风顺槽原支护作用下，对小煤柱进行注浆支护，浆液主要采用马丽散与催化剂配合比为1∶1混合液，采用高压注浆泵进行注射。

（2）煤柱共施工两排注浆孔，排距为2.0m，间距为3.0m，第一排注浆孔距顶板间距为0.5m，注浆孔深度为4.0m，孔径为42mm。

（3）注浆孔施工完后对其埋设注浆管并安装封口器，然后将高压胶管连接注射枪和注浆泵进行注浆，注浆期间发现煤体有浆液渗出时停止注浆并及时封孔。

3.2 加长锚杆及圆钢托架施工

（1）为了进一步提高支护体对小煤柱支护作用，煤柱注浆后施工三排加长锚杆，加长锚杆长度为3.5m，直径为22mm，锚杆排距为1.0m，间距为2.0m，每根锚杆采用两支型号分别为MSK23/35、MSKC23/80锚固剂锚固。锚杆与煤柱之间采用长度为0.5 m，宽度为0.28m“JW”型钢带进行预紧，如图1所示。

（2）三排加长锚杆施工完后，为了提高相邻两根锚杆之间联锁保护作用，在相邻两根锚杆之间安装一根圆钢托架，圆钢托架长度为2.0m，直径为40mm。

3.3 架设“L”型钢棚

（1）为了防止顶板与煤柱之间三角煤柱垮落以及煤壁片帮，待小煤柱加长锚杆施工完后，在12703回风顺槽内靠近小煤柱侧架设一排“L”型钢棚，如图1所示。

图1 12703工作面小煤柱联合支护断面示意图（mm）

（2）“L”钢棚主要由顶梁、棚腿及底座组成，顶梁与棚腿之间采用卡缆及支撑架固定连接，钢棚顶梁长度为1.5 m，棚腿长度为3.5 m（回风顺槽高度），钢棚间距为2.0 m。顶梁与顶板以及棚腿与煤柱之间分别采用锚杆进行固定。棚腿底座采用地锚与坚硬底板进行固定。

（3）“L”型钢棚架设完后，在棚腿与煤柱之间间隙处填塞水泥背板，水泥背板长度为2.5 m，宽度为0.3 m。

4 应用效果

（1）预留小煤柱回采时受外界作用力影响，煤柱抗压能力降低，煤柱出现破碎、片帮现象，需对其进行维护，煤柱维护费用高，通过对12703工作面回风顺槽侧小煤柱加强支护发现，共计需加强维护费用达34万元，但是采用小煤柱开采时多回收煤炭量达7.8万t，经济效益达1700余万元，与支护费用相比大大提高经济效益。

（2）采用注浆技术对12703工作面预留小煤柱进行支护后，煤柱破碎现象得到很大改善，阻止了煤体破碎范围向深部延伸，提高了破碎煤体胶结稳定性，为锚杆支护创造了有利条件。

（3）采用加长锚杆对小煤柱进行支护时，锚杆锚固端位于深部稳定煤体内，提高了锚固质量，采用“JW”型钢带将其与煤柱预紧，加强了支护体与煤柱之间耦合支护作用，同时对相邻锚杆之间安装圆钢托架提高了锚杆间联锁保护作用，实际应用发现，小煤柱施工加长锚杆及圆钢托架后，在后期回采过程中未发生煤壁片帮现象。

（4）通过施工“L”型钢棚不仅进一步阻止了煤柱片帮，而且有效防止了因外力作用顶板与煤柱之间三角煤柱垮落，同时架设“L”型钢棚后对顶板起到了支撑作用。架设钢棚后在回采期间三角煤柱未发生局部垮落现象，阻止了邻近采空区瓦斯涌出，回风顺槽瓦斯浓度控制在1.0%以下；同时加强了煤柱对顶板支撑作用，钢棚架设后顶板未发生严重变形现象，局部区域顶板最大下沉量仅为0.08m。