小煤柱回采巷道支护技术研究与应用

2020-02-23李文泽

江西化工 2020年2期

李文泽

(山西煤炭运销集团旧街煤业有限公司，山西阳泉 045000)

0 引言

由于受到岩性、地质条件及应力等多方面因素的影响，巷道在进行预留小煤柱掘进时进场会出现各种问题，主要体现在巷道围岩变形严重，煤体严重剥离，承载力降低及跨距较大等问题[1]。有时还会出现肩煤破碎严重的情况，而由于煤体宽度较窄，煤体整体稳定性仍需要被进一步考虑，这是如果仍然采用传统的支护技术将很难达到预期支护效果。基于此，本文以某矿井为研究对象，针对其存在的小煤柱巷道提出注浆+钢带+工字钢棚的联合支护方式，并对其现场应用效果进行了综合分析。

1 工程概况

目标矿井3306巷道位于井田的第三盘区，西侧为第二盘区，东侧为3307巷道，南侧为未开采的新鲜煤层。其中，3306巷道长1200m，整个巷道为矩形，长4.5m，宽3.5m，位于4号煤层，煤层的平均厚度为5m。由于掘进巷道顶板岩性主要为泥岩且整体结构较为稳定，厚度为6m，因此，采用的掘进工艺为综合机械化掘进，目前已掘进长度为150m。为进一步提升整个矿井的回采效率，5301工作面计划选用无煤柱回采工艺，因此，要求上述两个巷道在开采过程中预留两条小煤柱。

2 原支护方案

2.1 顶板支护方案

3306巷道原有的支护方案为锚杆+锚索+钢带+金属网的联合支护方式。

(1)锚杆：长度为2500mm，直径为22mm，左旋，材质为螺纹钢，在顶板每排布置5根锚杆，间排距设计值为1m，需要配合钢带完成相应的支护任务。

(2)锚索：长度为5000mm，直径为17.8mm，施工位置位于两个钢带之间，每排布置3根锚索，间排距设计值为3m。

(3)钢带：支护选用W型钢带，长度为4m，厚度为0.25m，钢带上每隔1m焊一个圆孔，圆孔直径为25mm。

2.2 两帮支护方案

巷道两帮的支护选用单锚杆进行支护，共布置3排锚杆，间排距设计值为1m。其中，第一排距离顶板的距离为0.8m，互帮宽度为1m；两帮的锚杆长度为2m，直径为22mm，左旋。

2.3 存在的问题

(1)煤柱受力较大：由于目标工作面已投入使用，由于巷道不断掘进，巷道顶板及两帮出现了应力集中的现象。同时，由于目前的回采煤层为4#煤层，该煤层的稳定性较差，留设的煤柱宽度为6m，当巷道的应力值较大时将会发生不同程度的破坏，很难进行预留。

(2)肩煤破坏严重：原支护方案顶板钢带宽度仅为4m，距离端头煤柱仅为0.25m，这种情况下很容易导致煤柱与顶板之间的支护不到位，在外界应力的作用下导致煤柱与顶底板之间出现不同程度的剥离，最终导致顶板下沉，最大下沉量可达0.5m。

(3)护帮效果不理想：由于原来巷道之间的预留煤柱宽度仅为6m，因此，在应力的作用下，会在煤柱的两侧产生对应的应力集中，最终使巷道沿两帮的方向发生破坏。目前支护方案下使用的护帮锚杆长度仅为2m，需要配合钢带以达到其预紧力要求，这种支护模式下的支护断面较小，整体的锚固效果较不理想。

3 联合支护方案

针对目前支护中存在的主要问题，目标矿井在巷道后期的支护过程中采用注浆+钢带+工字钢棚的联合支护方式进行巷道支护。

3.1 注浆支护

为提高巷道整体的稳定性，提高肩煤的承载力及煤柱稳定性，需要在肩煤及煤柱位置进行注浆。首先，需要在巷道的顶板及两帮分别布置注浆孔，顶孔距离两帮约为1m，钻孔深度为4m，与顶板的夹角为60°。帮孔距离顶板的距离为1m，钻孔深度为3m，与巷道两帮垂直布置，间排距设计值为3m。当钻孔打设结束后按照其布置顺序分别注入浆液，保证注入压力小于1MPa，当出现漏浆情况时应当及时停止注浆。

3.2安装钢带

支护所选用的钢带为L型加宽钢带，宽度为0.9m，钢带内需要设计3个钻孔，钻孔直径为30mm，间距值为1.2m；配合使用的短钢带长1m，也需要设置30mm钻孔。当完成巷道顶板及两帮的钻孔时需要在同一位置安装L型钢带，钢带紧挨巷道两帮及顶板布置，其间需要间隔安装锚索，锚索长度为7000mm，直径为21.6m，确保钢带的预紧力大于200N·m。

3.3 工字钢棚

为使整体的支护效果更加理想，需要配合工字棚减小顶板对于煤柱的破坏以实现整体稳定性的提升。其中，工字钢棚的宽度为4.5m，高度为3.5m，间距设计值为1.5m，整个安装过程应当坚固且平整，安装的过程中需要配合控制线以确保其安装位置的准确性。钢棚安装完成后应当留存约为0.1m的间隔以供连接杆完成相应的安装工作，其中，相邻的三架钢棚之间需要安装模板以使其夹紧。在进行施工时应当有专人进行工程质量的监控，当出现顶板破碎等情况时应当及时停止相关作业。