特厚煤层大断面巷道窄煤柱护巷围岩控制技术

温振华

（大同煤矿集团有限责任公司 总调度室，山西 大同 037003）

区段煤柱的留设尺寸直接关系矿井煤炭资源回收率、矿井的服务年限，采用窄煤柱护巷，由于煤柱受动压影响，裂隙发育，整体性差，巷道矿压显现强烈，控制难度大。众多专家学者针对不同条件下窄煤柱护巷围岩变形及控制技术进行了研究，分析了围岩变形特征及其支护对策［1-5］。但是由于煤矿地质条件复杂，差异性较大，现场应用中存在各在不同特点，需针对具体地质条件进行研究。

1 工程概况

塔山煤矿二盘区5204-2顺槽为8204-2工作面回风顺槽，5204-2顺槽巷道位于本井田的东南部、二盘区的东北部，巷道西北部为实煤区，西南部为8204采空区水平间距最小处6m，东北部为2204-2巷，东南部为二盘区的盘区大巷。8204-2工作面回采煤层为3#～5#煤，煤层倾角1°～3°，平均埋深500 m，煤层厚度为11.91～22.26m，平均15.22 m，纯煤厚为11.54～15.84m，平均13.43 m，含夹矸2～9层，夹矸单层厚度0.36～6.81m，平均1.49 m。夹矸岩性为黑色炭质泥岩，灰黑色、褐色高岭质泥岩、高岭岩、泥岩、砂质泥岩，煤层上部局部受煌斑岩侵入影响硅化、变质。5204-2巷正巷76.6～403.5 m范围是煤柱变化段，中部切眼需开掘绞车硐室，绞车硐室里帮距2204帮部最小距离为3.6 m。因此，煤柱宽度由55.4～3.6m，其中353.5～403.5 m范围是喷浆段（见图1）。该段巷道掘进宽度5500mm，高度3800mm，掘进断面为20.9 m2，净断面为19.8m2，巷道沿底板掘进，顶煤8.3 m。

图1 巷道布置

2 窄煤柱护巷围岩变形因素分析

2.1 强回采动压影响

塔山矿主采3#～5#煤层为特厚煤层，5204-2顺槽西南部为8204工作面采空区，8204工作面采用放顶煤开采，由于其回采煤层厚度大，必然会引起上覆岩层大范围移动，工作面老顶发生大范围的回转变形，产生强烈的动压现象，且侧向支承压力影响范围增大，工作面侧帮煤体长时间承受采动压力的影响，煤体发生变形破坏。

2.2 掘进动压影响

5204-2顺槽掘进宽5500mm，高3800 mm，掘进断面为20.9 m2，沿空掘进，巷道掘进过程中会产生掘进动压影响，由于巷道断面大，导致巷道围岩塑性破坏范围增大，也会引起围岩应力环境恶化，诱发巷道顶板煤岩层内拉应力提高，增加了没岩层离层、冒落风险［4］。

2.3 锚杆支护质量

由于5204-2顺槽在正巷76.6～403.5m范围，煤柱宽度由55.4m逐渐减小到3.6 m，在工作面动压和掘进动压共同影响下，煤柱内离层裂隙发育，煤柱变小时则完全处于塑性区范围内。煤柱煤体的塑性破坏，易导致锚杆锚固松动，造成锚杆支护失效，支护对煤柱变形约束性能弱化［5］。

3 巷道围岩控制技术

通过对5204-2巷围岩变形原因分析，为保证巷道围岩稳定，结合矿井现场实际，提出以下控制措施：

1）强化施工管理，杜绝巷道超挖。由于5204-2顺槽距8204工作面采空区最小距离为3.6 m，因此，5204-2顺槽掘进距中部切眼50 m，即353.5～403.5 m范围，应及时放线，准确控制巷道走向，防止偏差；每循环割煤前画轮廓线时，巷中距左帮尺寸缩小100 mm，割煤后不符合设计尺寸处采用人工风镐刷扩。

2）调整施工顺序，及时进行支护。掘进至中部切眼位置时，巷道掘进宽度按照5204-2宽度掘进，预留绞车硐室暂不掘进，并及时喷浆封闭，防止帮部煤层风化。待中部切眼扩切后方可施工绞车硐室，绞车硐室采用人工刷扩，每排刷扩后立即支护。

3）施工混泥土墙，提高支护强度。由于中部切眼绞车硐室施工后，其距8204采空区最小距离为3.6 m，有其煤柱极窄，煤柱在采动压力影响下煤体裂隙极其发育，承载强度低，为提高煤柱护巷效果，在施工完绞车硐室后立即施工混泥土墙，保护煤柱，混泥土墙和煤柱共同承载，降低动压对煤柱的影响。

4）优化锚杆支护。锚杆支护是巷道支护的主体，通过锚杆的作用，调动围岩自身承载能力，时期与围岩共同承载，从而达到控制巷道围岩的目的，因此优化巷道锚杆支护有着至关重要的作用。

5）建立长效监测监控体系，及时补强支护。生产技术部、掘进管理部及施工队组定期对窄煤柱区域巷道围岩变形，锚杆锚索受力情况进行观测，巷道围岩变形大、锚杆（索）失效时应加强支护，补打锚杆（索）。

4 锚杆支护参数

5204-2顺槽煤柱变化区域采用锚杆+锚索+钢带+钢护板+金属网支护，在距中部切眼50 m开始采用强度为C20的混泥土及时喷浆封闭围岩，全断面喷浆厚度100mm，地坪厚度200 mm。

4.1 正常段支护参数

（1）顶板支护

顶锚杆采用Φ22 mm、L=2500 mm左旋无纵筋螺纹钢锚杆，排间距1800mm×900 mm，配套规格为4800mm×280mm×3.75mm的W钢带，托板采用150mm×150mm×10mm高强度拱形托板，锚杆采用加长锚固，顶锚杆采用两支树脂药卷，一支为MSK2335，另外一支为MSZ2360，上部快速、下部中速，顶锚杆锚固长度不小于1.4 m，锚固力要求不低于80 kN；锚索采用Φ=21.8 mm、长度L=8300/6300 mm，JW钢带规格为5000mm×330 mm×6mm，排间距1800mm×900 mm，配套托盘规格200mm×200mm×12 mm，锚索采用端头锚固，采用三支树脂药卷，一支MSK2335，两支为MSZ2360，Φ21.8 mm锚固长度不小于1.78 m；顶部增加组合锚索（五眼）支护，排间距1800 mm×1800 mm，每排施工三组。钢绞线Φ=21.8 mm，中间锚索L=10300mm，对角锚索分别为L=8300 mm、L=6300 mm，托板采用600mm×600mm×16 mm的普通方形铁托板。采用网格为50mm×50 mm菱形金属网护顶（见图2）。

图2 巷道顶板支护

（2）巷帮支护

两帮支护上部采用三根Φ21.8 mm×5300 mm锚索，最上部两根锚索配套规格1400mm×330 mm×6mm的JW钢带和200mm×200mm×12mm托盘支护；第三根采用单体锚索配套300 mm×300 mm×14mm高强度拱形托盘支护；最底部一根采用Φ22 mm×2500mm左旋无纵筋螺纹钢锚杆支护，W钢护板规格为450mm×280mm×4.75 mm，托板采用150mm×150mm×10mm高强度拱形托板，排间距900mm×900 mm；巷道两侧打设Φ=21.8 mm、长度L=5300mm的锚索，排距为1800 mm，托梁采用600mm的11#矿用工字钢。帮锚杆采用一支树脂药卷，为MSZ2360，帮锚杆锚固长度不小于0.9m，锚固力不低于6 kN，顶帮预紧力矩不小于200N·m。采用网格为70mm×70mm菱形金属网护帮（见图3）。

图3 巷道帮部支护

4.2 特殊段支护参数

（1）围岩破碎段

巷道顶帮破碎区域，打设3000 mm长的超前钢针，钢针每循环1800mm打设一组、间距200mm布置。顶部锚杆全部调整为锚索。锚索采用Φ=21.8 mm、长度L=8300/6300mm，配JW钢带规格为4500 mm×330mm×6mm，排间距900mm×1000 mm，锚索配套托板规格200mm×200mm×12 mm。

（2）煤柱极窄区域

巷道掘进至煤柱距离6～7.5 m对应位置时，由于煤柱变窄，为保证支护质量，调整该区域锚索支护参数，前掘方向巷道左帮采取Φ21.8 mm×4300 mm锚索支护，其余参数不变。

5 支护效果

通过后期对巷道围岩变形和锚杆（索）受力观测，及时对失效锚杆（索）进行补打，保证巷道支护效果。观测表明，塔山煤矿5204-2顺槽采取以上控制措施后，巷道围岩变形得到有效控制，该区域巷道顶底板移近量最大为195 mm，两帮最大收敛变形量为268 mm，完全满足巷道安全生产要求。

6 结语

1）邻近工作面强动压与大断面巷道掘进动压叠加作用，导致了煤柱裂隙发育，整体性差，从而使得锚杆支护质量降低，产生锚杆失效现象，形成恶性循环。

2）强化施工管理，杜绝巷道超挖，保证护巷煤柱尺寸，在施工时及时进行支护，喷浆封闭防止围岩风化破坏，形成锚杆支护与围岩的统一承载体，并在绞车硐室极窄煤柱区域施工混泥土墙与煤柱共同承载，建立长效监测监控体系，及时补强支护，是窄煤柱巷道围岩控制的关键。