东曲矿综采工作面小煤柱留巷支护技术研究

2018-12-05姬少盼

山东煤炭科技 2018年6期

姬少盼

（西山煤电集团公司东曲矿，山西古交 030200）

煤矿开采深度和强度不断增加，出现了大量深部高应力、强采动及冲击地压等威胁的巷道，支护难度大，维护成本高，成为严重制约矿井安全、高效生产的技术瓶颈。鉴于巷道支护难度逐步加大，东曲矿为解决采掘接替紧张局面，采用沿空留巷及小煤柱留巷支护技术。

以东曲矿28203工作面巷道小煤柱留巷为工程背景，通过力学参数测试和模拟数值计算出小煤柱留巷的巷道围岩应力分布情况，提出了东曲矿小煤柱留巷的巷道支护技术方案，留设合理煤柱宽度前提下，设计出高预应力强力锚杆支护技术方案，现场试验和监测结果表明，在毗邻的28202工作面回采后，巷道变形量仍满足技术要求，有效解决了东曲矿小煤柱留巷支护难题。

1 概况

东曲矿28203工作面开采4号煤层，煤层平均厚度3.2 m，煤层平均倾角4.5°，强度平均值为12.09MPa，该煤层顶板为复合型顶板。28203工作面临近3号煤层部分已回采，巷道为煤柱留巷巷道，净煤柱宽8m，临近28206工作面回采过程中，28203工作面巷道严重变形，两帮位移达1600mm，底鼓超400mm，增加巷道维修频率和成本，并对矿井接替、安全生产造成严重影响。为此，在28203工作面试验小煤柱留巷巷道支护技术，解决巷道变形严重和支护难题。该巷道顶底板综合地质柱状如表1所示。

表1 巷道顶底板综合地质柱状

通过对28203工作面巷道地应力及顶板岩层强度监测，该巷道水平主应力平均值为11.36MPa，垂直主应力值为9.67MPa，水平主应力方向为NW15°，属构造运动而产生的地应力场。通过巷道顶板围岩强度测试显示顶板岩层强度较高。

2 28203巷数值模拟

针对28203工作面巷道的地质条件，采用数值计算软件FLAC3D分析28203上巷掘进和回采过程中岩体的应力分布、位移变化规律，设计出巷道支护技术方案。

建立数值计算模型，对28203工作面回采后煤柱内围岩应力分布情况进行分析。

煤柱内围岩应力持续增加，垂直应力值31.26MPa大于原岩应力值9.89MPa，应力集中系数2.61。可见巷道处在围岩垂直应力增高区，必须采用高预应力强力锚杆锚索支护技术，才能有效控制巷道围岩应力，减少对巷道的形变破坏。

3 28203工作面巷道支护

降低围岩应力，增加围岩强度，改善围岩受力条件是减小塑性破坏区范围，有效控制围岩变形、破坏的关键。28203工作面巷道为复用巷道，巷道支护应选用长度2.3m的Φ28mm左旋无纵筋螺纹钢锚杆，并采用厚度4mm的W型钢带护板构件来增加保护表面积。降低锚杆尾部应力集中和预应力损失，减少围岩形变。巷道支护设计图见图2。

（1）锚杆。顶板锚杆采用屈服强度500MPa的高强度左旋无纵筋螺纹钢锚杆，树脂加长锚固，预紧扭矩达到350N·m，但禁止超过500N·m。煤帮采用圆钢锚杆，树脂端部锚固，在顶板及煤帮形成刚度较大预应力承载结构，发挥主动支护作用。

图2 巷道支护设计

（2）锚索。锚索采用Φ28mm高强度低松弛预应力钢绞线，钻孔直径32mm，锚索初次张拉达350kN，并采用树脂锚固剂锚固，起到补强支护效果。与锚杆形成刚度较大预应力承载结构与深部围岩相连，提高预应力承载结构的稳定性。

（3）W型钢护板。配套使用厚度4mm的W型钢护板增强护表构件强度，可将锚杆预紧力快速分散到围岩内，降低围岩自身承载能力。

（4）金属支护网。采用网孔50mm×50mm，规格4500mm×1000mm的金属支护网护顶护帮，双边逐孔链接。

（5）顶板支护：锚杆排距850mm，间距900mm，并用矿用金属支护网来联合护顶，每根锚杆采用2节Z2360型中速树脂锚固剂。锚索长6.5m的Φ28mm高强度低松弛预应力钢绞线，托板为400×400×16mm的可调心托板，承载力达600kN。锚索每排2根，排距900mm，间距1900mm，垂直顶板岩层，锚索预应力不小于350kN。

（6）帮巷支护：锚杆排距800mm，间距800mm，预紧扭矩不小于300N·m。每2排锚杆打设4根锚索，长度4600mm，排距2000mm，间距1500mm，锚索预应力不小于350kN。

4 矿压监测与数据分析

28203工作面巷道掘进期间，对矿压和锚杆锚索受力情况进行监测与数据分析。如图3所示，巷道掘进后30m处锚杆锚索的受力稳定，煤帮较顶板锚固稳定快，表明高预应力强力支护可使巷道快速进入稳定状态。煤帮的移近量不大于15mm，顶板下沉量不大于10mm，采用高预应力强力锚杆支护技术可有效控制围岩变形。28202工作面回采后，巷道煤帮移近量最大485mm，顶板最大下沉量135mm，只对巷道起底，降低维修率。