综放工作面沿空留巷煤柱宽度优化及支护技术

张树林

【摘 要】 沿空留巷技术为实现煤炭资源的高采出率提供了可能，而巷道围岩的支护方式以及煤柱的合理宽度是沿空留巷技术成败的关键。本文以杨村煤矿掘进工作面为研究背景，探究新支护方式及煤柱宽度下巷道围岩的稳定性，现场实测结果表明：5m煤柱及优化支护方案可有效控制沿空掘巷围岩的变形，保证了煤炭资源安全高产高效开采。

【关键词】 沿空留巷;采出率;支护方式;煤柱宽度

【中图分类号】 TD32 【文献标识码】 A 【文章编号】 2096-4102（2021）02-0012-03

本文以兖州煤业股份有限公司某煤矿334轨道顺槽为工程背景，采用5m煤柱及优化支护方案后，通过现场实测反映了巷道围岩的变形情况，此研究结果可为类似工程地质条件下的综放沿空留巷技术提供借鉴与参考。

1工程概况

334轨道顺槽属于334工作面回采巷道。334轨道顺槽设计总长度261.13m，其中与334切眼垂直段86.6m。334轨道顺槽主要沿3号煤煤层底板掘进。煤层厚度6.9～8.0m，平均7.88m。工作面顶底板煤岩情况如表1所示。

334轨道顺槽断面形式为梯形，断面的尺寸为：上部4.4m、下部5m，巷道净高3.55m。巷道原支护方式为“锚+网+索”，巷道的顶板布设间排距800mm×800mm的5根2m锚杆;在巷道的两帮每排布设间排距900mm×800mm的3根1.8m锚杆;巷道顶板每间隔3排锚杆布置1排15.24mm×7400mm、间排距2100mm×2400mm的锚索。

2煤柱宽度

根据该煤矿实际地质情况，并通过FLAC3D数值软件建立3m、4m、5m、6m、7m、8m、9m、10m不同煤柱宽度下的三维数值模型，探究各工况掘334轨道顺槽以及回采工作面的过程中巷道围岩变形特征，通过对比分析数值模拟结果，确定合理的煤柱宽度。不同工况下巷道掘进、回采过程中沿空巷道围岩应力曲线图如图1、图2所示。

从图1可以看出，当煤柱的宽度增大时，其对上覆地层的支撑能力也在随之增大。设置3～5m宽的煤柱时，煤柱的峰值应力从约10.2MPa增加到约17.3MPa;当立柱宽度为6m时，峰值应力迅速增大，应力过大导致支撑困难。

从图2可以看出，当设置煤柱3～6m时，煤柱的峰值应力呈均匀上升趋势，应力从11.2MPa左右增加到20.4MPa左右。当煤柱宽为3m时，平均应力分布较为平均，煤柱中的垂直应力相对于掘进阶段不会发生变化，这是由于煤柱在超前支护应力峰值处的高应力对承载力的破坏，顶板降低支护能力;煤柱宽度4m、5m，煤柱中心形成较小的应力中心;随着煤柱宽度增加到7m，煤柱的峰值应力明显增大，为27.3MPa。当煤柱宽度为8～10m时，其应力值较大，围岩支护时相对较困难。

通过比对不同宽度煤柱下巷道围岩的应力值可看出，当留设宽度为5m的煤柱时，煤柱整体所受应力的效果比其他宽度下的煤柱较好，所以在综放沿空留巷时选用5m宽的煤柱。

3支护方式优化

根据沿空留巷煤柱确定的宽度，巷道断面采用锚、网、梯、钢带、锚索支护，见图3。

锚杆：巷道顶板选用MSGLW-500/22×2200左旋无纵肋螺纹钢树脂锚杆;巷道两帮采用MSGLD-500/20×2200左旋等强螺纹钢式树脂锚杆，托盘采用150×150×10mm正方形碗状钢托盘（顶板采用T型钢带和钢带托盘）。

锚固剂：顶板锚杆每孔使用MSCKb2350型和MSCKb2370型锚固剂各1卷，两帮锚杆每孔使用MSCKb2370型锚固剂1卷。

菱形网选用LW-50/4-SZ型菱形网，每隔0.2m采用直径14的铁丝联接一扣，每扣拧2～3圈，联接后铁丝方向一致，并将铁丝头压入菱形网内，搭接长度为100mm。

顶板采用T型钢带（配专用托盘），巷帮使用钢筋梯进行支护，钢筋梯采用Φ10mm圆钢加工，宽80mm。

锚索：沿巷中布置，施工在两钢带之间，排距1900mm（顶板不完整时根据现场情况可缩小锚索排距）。锚索采用SKP18-1/1860×7000的矿山专用锚索，每孔配用2卷MSCKb2370的锚固剂、1卷MSCKb2350的锚固剂。托盘采用Q345B材质、抗拉强度380MPa及以上的碳素结构钢板加工而成的蝶形托盘，规格为300×300×16mm，预紧力不小于150kN，锚固力不小于180kN。

4巷道围岩变形监测

在距回采工作面50米、100米处布置JSS30A数显收敛计监测巷道围岩的变形，并根据所测数据的平均值绘制围岩变形速率和变形量曲线图，如图4、图5所示。

从图4、图5可以看出，在同段时间内优化支护方案比原支护方案前的围岩位移总量以及变形速率要小很多，巷道两帮變形量最大减少了13.52mm，巷道顶板沉降量最大减少了11.24mm，采用该支护方式后巷道围岩变形得到了有效控制。

为监测巷道顶板围岩内部离层情况，在距离工作面30米以及60米位置处布设装有LBTY-1型的顶板离层指示仪的两个测站，并将所测得的数据绘制曲线，如图6所示。

从图6可以看出，在软岩巷道顶板围岩内部离层监测的整个过程中，巷道围岩内部各个监测点与巷道围岩表面各点相比，其变形量相差不大，且在13天左右顶板离层趋于稳定，说明优化后的支护方案有效地控制了沿空掘巷围岩的变形。

5结语

通过现场实践以及巷道围岩监测数据表明：采用5m煤柱及优化后的支护方案后，巷道围岩的变形量显著减小，同时巷道顶板围岩内部离层值也相对较小，与原支护方案相比，更能有效控制沿空掘巷围岩的变形，提高沿空掘巷围岩的稳定性。

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