沿空掘巷窄煤柱变形及控制措施

（霍州煤电集团汾源煤业有限公司 山西 034000）

引言

沿空窄煤柱受力后裂隙发育，容易出现漏风及有害气体的泄露，且该煤层为自燃煤层，需加强“一通三防”管理，采取有效防灭火措施，以免引发煤层自燃火灾。在顶板破碎带、地质构造带，尤其向斜的轴部附近，巷道围岩变形量大，较长时间内围岩变形不稳定，需加强矿压监测，加大监测密度和频次，以便有针对性地采取有效加固措施。需加强防治水管理，沿空窄煤柱，不能有效隔绝采空区内积水，极容易发生采空区积水渗漏、突出事故，轻则影响施工进度，重则发生安全事故，需采取有效的疏排水措施，严格执行“有掘必探，先探后掘”的探放水制度，防患于未然。沿空掘巷带来经济效益的同时，也带来了更多潜在的安全隐患，对安全管理是一种挑战、考验。

1.窄煤柱研究现状

煤柱的宽窄度给巷道带来的干扰重点包含两大方面：第一，煤柱的宽窄度会给巷道围岩中的应力带来较大影响；第二，煤柱的宽窄度会给巷道围岩的整体性和完善性带来一定影响。另外煤柱的宽窄度还会影响到沿空掘进巷道的形变损坏规律、应力变化情况以及围岩的安全稳固性。世界各地的相关人士均对沿空掘进巷道中的煤柱支护进行了大量探究工作，并收获了较多成果。包括：第一，对沿空掘进巷道的窄煤柱进行预留时，应该将巷道的方位设置在侧方残留支撑压力最高区域的周边，在对巷道进行掘进时会对侧方支撑压力的布控带来影响，所以，在对沿空掘进巷道的窄煤柱进行预留时不但会在采掘过程中围岩会出现严重的形变问题，并且在挖掘完毕后的稳固过程中也依然会持续出现不同程度的形变问题。第二，在对沿空掘进巷道的窄煤柱进行预留时，由于窄煤柱出现了损坏问题、煤柱起到的支撑力变小，而提升了巷道的宽度与悬顶的长距，导致巷道所承受的压力激增、维护工作的难度也随之提升。第三，窄煤柱中的裂痕、缝隙不断扩充，严重时还会出现破碎问题，导致出现漏风问题。第四，对掘进巷道中的窄煤柱进行预留能够充分优化掘进环境，能够有效提升掘进的效率，也可以在采空区的隔离问题上带来促进作用。世界各地的相关专家与技术工人均对巷道宽度和巷道围岩稳固性之间的联系进行了深刻探究。因为地质情况与采掘环境的差异，针对煤柱设置宽度的适宜性有不同的见解，煤柱宽度设置的适宜度大概在1-5m和20-30m之间。一些专家提出：在对窄煤柱的沿空掘进巷道进行预留时，巷道主要处在裂隙较多的范围中，在挖掘开采时容易受到干扰而降低了巷道的稳固性，这种情况下的煤柱宽度必须高于15m。

2.窄煤柱围岩变形规律分析

在对工作面进行回采作业以后，巷道极易遭受采动压力的干扰，出现应力提高的现象；而在窄煤柱的应力不断提高的情况下就少不了围岩发生形变的问题，针对维护巷道的窄煤柱来讲，重点的形变问题表现在煤柱中煤炭的移动问题。较大的煤矿巷道中孤岛型的煤柱，对留设窄煤柱沿空掘进巷道进行回采的过程中，围岩水平移动期间产生的特点为：第一，因为工作面中预先支撑压力的干扰，会导致窄煤柱的移动程度急剧增大。第二，在窄煤柱中煤体的移动程度和窄煤柱的宽窄度设置情况是成正比的。其中窄煤柱的宽窄度在4-9m之间，而巷道中窄煤柱帮的移动程度会伴随煤柱宽度的提高而变大，由307mm提升至699mm，因为3m宽的窄煤柱在宽度上并不高，导致在回采工作进行的过程中巷道产生了窄煤柱不稳的情况。所以，因为顾及到煤柱稳固度与隔离采空区的影响，在沿空掘巷中将煤柱的宽度设置在5m是最为适宜的。

3.煤柱稳定性控制措施

巷道中煤柱是否拥有较高的稳固性，与完整区的长距有很大关系。想要使煤柱拥有较高的稳固性，可适当降低内部裂隙部分的长距，也可以适当提高内部裂隙部分的承重水平。第一，降低内部裂隙部分的长距。之所以会出现内部裂隙区，重点是因为长锚杆失去了支护的能力，而内部裂隙区的完整度则是由短锚杆的锚固情况来决定的。如果想确保外部裂隙区的完整性不被破坏，同时又能降低内部裂隙区的长距，就需要在长锚杆上设置接近短锚杆的锚固点。也就是说要对锚固的模式进行转变，从过去的端锚模式改变为新型的全锚模式，还可以将强度更高的锚固剂运用到内部裂隙区中。此外，对螺纹的距离、长锚杆的直径长度、牙的厚度以及接触的高度等相关数据进行增加。利用以上方式，不但能够提升长锚杆的支撑保护水平，还能够提升内部裂隙区周边的抗剪程度与摩擦角，进而充分降低内部裂隙区逐渐恶化后的破坏力。第二，对内部裂隙区的承重水平进行提升。针对已出现扩张破坏力的内部裂隙区，就算利用以上解决方式也已经无法挽回局面。对内部裂隙区开展灌浆工作，可利用填充粘结内部裂隙区中扩充破坏力，达到提升竖向上的承重能力、水平形式的挤压力以及抗剪能力等。不但能够提高内部裂隙区的承重能力，还能有效提升完整裂隙区的围压。第三，强化煤柱的承重水平。利用灌浆的方式对沿空掘进巷道进行稳固度的提升。在对煤柱进行灌浆增固期间，浆液会慢慢流通到煤体中交错的裂隙内，在相应的时间中浆液便会凝结固定，进而把裂隙和碎裂的煤炭充分粘连起来，增加煤柱的统一、完整性。在煤柱中形成强度较高的集中化应力时，固结材料拥有较强的粘连性与柔韧性，可有效提升煤柱的承重水平。另外，在对煤柱进行灌浆加固时，所采用的浆液均属于高水速凝型的，其特点为：凝固性强、资金投入低等。

4.支护技术研究

第一，打眼工作。使用手动型的风动钻机进行打孔，孔洞的直径为42mm，孔洞的深度在2-2.1m。第二，锚索的装配与固定工作。首要任务就是对排气管进行安装加固，对锚索进行拉直处理，在离锚索顶部25-45mm的部分利用粘胶物质把锚索和排气管道粘连起来，固定的长距是1m，如果用胶带进行固定，要注意不可缠绕太紧，避免对排气管造成太大压力，而出现气流不顺的问题。在设置排气管时，要注意其长度必须超过外露锚索长度的2-3m。其次是对灌浆所用的管道进行加固，在锚索的裸露区域利用胶带把直径在20mm的灌浆管道加固起来，灌浆用的管道通常需要进到锚索孔中一定的长距，一般这一长距在0.6-1.1m之间，灌浆管道的另一头同样需要超过锚索孔大概400mm的长距。最后一步就是把以上加固好的排气管道与灌浆管道的锚索输送到事先设置的钻孔内，在输送放置期间应该注意小心谨慎，以免灌浆管道与排气管道出现脱落问题。第三，对孔洞进行封堵。首要任务就是利用棉纱在锚索的周围实施封堵处理，而后将速凝的泥浆灌注进去达到更好的封堵效果，封堵孔洞的长距大都在250mm，预防浆液向外溢出的情况发生。第四，灌浆工作。这一工作重点分为五个步骤。①根据相应的比例将水与水泥添掺合在一起，掺合水玻璃的量是水泥总重量的3%，也就是每50kg的水泥中需要添加1.1L的水玻璃，然后均匀的拌合在一起。检验灌浆管道和注浆是不是已经连接完好，将排气管道的一头输送到装满了水的桶内。②对灌浆泵与搅拌机进行开启，将浆液灌注到锚索孔洞中。灌注到排气管道中不再有气泡冒出的情况就算灌注已满，这时便可以将搅拌机与灌浆泵关停掉，然后拆卸掉连接套。③灌浆期间，想要确保高质量完成就必须进行一次性不间断的灌注，想要保证在灌浆期间不出现堵塞问题，在灌浆期间要尽可能缩减停留的时长，通常不得超出一分钟的时间，另外还要对灌浆泵上的压力表进行观察，预防出现堵塞问题导致灌浆管道出现裂损问题。④灌浆工作完成以后，需要对灌浆泵与搅拌机开展清洁工作，通常需要在桶中加入相应量的清水，另外还需要在清水中加入适当的润滑油，而后将灌浆泵开启让残余在其中的浆液清除掉，预防残余的浆液将管道封堵住，导致机器出现损毁问题。⑤对锚索托盘进行装配，强化预紧力。在进行完毕锚索灌浆工作以后，通常必须留出大概一天的时间来进行凝固，而后再装配上托盘将螺母紧固。

5.结束语

综上所述，得出以下结论：（1）掘进期间，窄煤柱宽度对窄煤柱内最大垂直应力峰值有较大的影响，护巷窄煤柱宽度的增大直接导致了护巷窄煤柱内的围岩应力集中系数增加；回采期间，宽度较大的窄煤柱，由于承载能力较强，能够承受住超前支承压力，窄煤柱中的围岩应力则有较大的增幅。（2）掘进期间，护巷窄煤柱内煤体的水平位移随着窄煤柱宽度的增大而增加，但是其达到一定变形量之后，增加量就变小，并且逐渐稳定；回采期间，在工作面超前支承压力的影响下，窄煤柱的水平位移量增加较大，是掘进期间的4～8倍，窄煤柱内煤体的水平位移量与窄煤柱宽度基本上呈正比关系。