特厚煤层小煤柱沿空掘巷围岩控制技术实践

雷春亮

（大同煤矿集团马道头煤业有限责任公司，山西 大同 037100）

近年我国煤矿采用小煤柱护巷和无煤柱开采、提高煤炭资源回收率已成为各大矿区主要发展方向。技术人员已对小煤柱护巷的煤柱留设宽度、围岩控制技术等进行了一些研究，也取得了一些技术成果，但是对于特厚煤层大采高综放开采沿空掘巷研究较少[1-3]。本文结合马道头矿地质情况，开展了特厚煤层留小煤柱沿空掘巷支护研究，可为同类矿井提供借鉴。

1 概况

马道头矿主采3#、5#煤层，煤层赋存稳定，厚度大，煤层结构复杂，煤层埋深在388～432m之间，煤层倾角为1°～12°，平均为6°。根据探测钻孔揭露，3#、5#煤层大部分区域合并，在分开区域单层最大夹矸厚度0.7～2.26m，平均1.47m，在可放顶范围，3#、5#煤层总厚度为14.29～26.70m，平均煤厚20.50m，其中可利用煤厚为16.55m。煤层的f值大于2。顶底板岩性如表1所示。采用大采高综采放顶煤采煤法，全部垮落法管理顶板，工作面平均采高3.9m，平均放煤高度为12.65m。5211巷为8211工作面回风顺槽，沿8210工作面采空区留8m小煤柱掘进，巷道净宽5.2m，净高3.5m，铺底200mm。根据矿井地质资料和8210工作面皮带顺槽掘进地质揭露预测，5211回风顺槽在掘进过程中会揭露多个断层和破碎带，会对顺槽巷道安全掘进产生较大的影响。

2 留小煤柱沿空掘巷关键技术

2.1 煤柱宽度确定

3-5#煤层采用大采高放顶煤开采，开采强度大，矿压显现强烈，工作面开采后侧向支承压力影响区范围较一般工作面大。根据3-5#煤层以往工作面开采矿压观测可知，工作面侧向支承压力影响范围在80m以上，其中采空区稳定后应力降低区的宽度在16～20m。采用留小煤柱沿空掘巷可将巷道布置在上区段工作面侧向支承压力的应力降低区内。5211回风顺槽毛宽为5.4m，由此计算可知，留设小煤柱宽度不宜大于10.5m。为了保证巷道处于应力降低区，结合巷道埋深和煤体强度综合确定，5211回风顺槽沿空掘巷留设煤柱宽度为8m。

表1 煤层顶底板岩性表

2.2 切顶卸压

由于马道头矿煤体强度相对较大，加之工作面两端头不放煤及顺槽顶板支护和煤体的作用，工作面两端头极易形成较大面积的悬顶，其悬臂梁的结构会使上部岩层的压力传递至巷旁煤体。留小煤柱沿空掘巷后期上覆岩层的压力会作用在小煤柱及巷道支护系统，使得巷道围岩控制难度增大。因此，必须对端头悬顶进行切顶卸压，降低上区段工作面侧向支承压力的强度。

（1）超前退锚。在8210工作面回采过程中，随着8210工作面推进，在2210皮带顺槽超前支护区，对2210顺槽非采煤侧顶板的三根锚索进行退锚。退锚作业时先施工靠帮侧的两根锚索，巷道顶板中部锚索待即将进入端头支架上部时再进行退锚。

（2）密集切顶钻孔。在2210皮带顺槽顶板距非采煤侧巷帮200mm施工密集切顶钻孔，孔径50mm，孔深12m，孔间距500mm，垂直顶板施工。

3 沿空掘巷支护技术

3.1 正常区锚网支护

（1）顶板支护

沿空掘巷顶板采用“锚杆+锚索+W钢带+槽钢+钢筋网”进行支护。锚杆采用500号左旋无纵筋螺纹钢，直径为20mm，长2600mm，配套采用规格为130×130×10mm的预应力托盘，并采用规格为5100×250×3mm的W钢带连接；锚杆间排距为950×900mm，每排6根，外侧距巷帮175mm；锚杆设计锚固力不小于120kN，预紧力距不小于300N·m。锚索采用直径为17.8mm的预应力钢绞线，长8300mm，锚索与锚杆间隔布置；锚索“三五+单眼”布置形式（锚索布置形式及间排距如图1所示），即一排施工5根槽钢锚索，采用16号槽钢，长5000mm；下一排采用3根槽钢锚索和1根单眼锚索，采用16号槽钢，长4000mm，单眼锚索采用规格为300×300×16mm预应力托盘；锚索预紧力为200kN。顶板铺设钢筋网进行护表。

图1 巷道顶板支护图

（2）巷帮支护

巷帮采用“锚杆+锚索+W钢托盘+金属网”进行支护。锚杆采用500号左旋无纵筋螺纹钢，直径为20mm，长2600mm；配套采用规格为130×130×10mm的预应力托盘和规格为450×250×4mm的W型钢托盘；锚杆间排距为1000×900mm，每排4根，上距顶板200mm，下距底板300mm，最上侧1根W型钢托盘预巷道轴向平行布置；锚杆设计锚固力不小于120kN，预紧力距不小于300N·m。锚索采用“三二”布置，即一排3根，下一排2根；为提高施工速度，随着工作面掘进先施工每排为3根的锚索，滞后掘进工作面一定距离间隔补打2根锚索（间排距如图2所示）；锚索预紧力不小于150kN。采用菱形金属网进行护表。

图2 巷道两帮支护图

3.2 地质异常区加强支护

由于5211回风顺槽掘进区域存在多个地质构造、破碎带等地质异常区，因此，在巷道掘进通过地质异常区时，在锚网支护的基础上，必须对巷道进行加强支护[4-5]。（1）在掘进通过地质异常区时，巷帮锚索在掘巷后必须及时施工，不可滞后施工；（2）在巷道掘进过后必须及时进行架棚支护，首先采用“一梁二柱”，采用5.2m长的π型梁加DW-45型单体支柱，单体支柱贴帮，在掘进工作面后方不影响施工区域，在中间打设一根DW-45型单体支柱，单体支柱距煤柱侧巷帮1.6m，距煤体侧巷帮3.4m。

4 巷道围岩控制效果分析

5211回风顺槽与8210工作面采空区留8m小煤柱沿空掘巷，总计施工826m，在巷道内每隔80m左右布置1个巷道表面位移观测测站，共10个，对巷道掘进期间围岩变形进行观测。选取一个典型测点进行分析（如图3所示）。在巷道掘进过程中，巷道顶板下沉和两帮移近量逐渐增加，巷道围岩变形速率不大。在滞后掘进工作面80m后巷道围岩变形趋于稳定，最大顶板下沉量为157mm，最大两帮移近量为261mm，整体来看巷道围岩变形量不大，围岩稳定。

图3 巷道表面位移曲线图

5 结语

结合马道头矿地质情况，通过分析以往工作面侧向支承压力影响范围，确定工作面侧向支撑压力降低区的宽度，合理留设沿空掘巷煤柱宽度。通过超前退锚和施工密集钻孔降低采空区上覆岩层对煤柱及掘巷的压力传递，并通过锚网支护控制沿空掘巷围岩稳定。井下实测显示，留设8m小煤柱沿空掘进顺槽巷道在掘进期间，巷道顶板最大下沉量为157mm，两帮最大移近量为261mm，围岩变形不大，围岩稳定。