小煤柱护巷技术在厚煤层中的应用

李志岗

（汾西矿业集团曙光煤矿，山西 孝义 032300）

现代煤矿开采期间，一次开采高度、开采深度不断加大，同时，采掘速度也不断加快，这也提高了煤矿开采压力。煤矿开采期间，采用小煤柱护巷技术，能够保证煤矿开采作业顺利进行，提高开采效率，避免开采过程中发生安全事故，造成人员伤亡。

1 小煤柱护巷机理

一般来说，巷道围护效果会随着煤柱变宽而提高，但是，巷道维护效果与护巷宽度之间并非呈正比关系。煤矿回采稳定后，在接近采空区附近会出现应力降低区。因此，在煤矿实际开采期间，可以将巷道布置在应力江地区，利用窄煤柱护巷局可以实现对巷道的保护，保证巷道稳定，避免发生坍塌等事故[1]。

通过对大量实测数据资料发现，巷道围岩移近量与煤柱宽度的关系，如图1 所示，这可以作为判断煤柱稳定性的关键参数。沿着煤柱宽度方向一共分为三个部分，其中Ⅰ-Ⅱ为持续上升段，其中Ⅱ点表示达到巷道移近量最大值，Ⅱ-Ⅴ段持续下降，Ⅴ点后则趋于了平衡状态，因此，在实际作业开展时，从安全、经济、施工难易程度等多个方面综合考虑，最终决定小煤柱宽度应在Ⅰ点与Ⅱ点两者之间。

图1 巷道围岩移近量与煤柱宽度关系

2 控制沿空掘巷围岩思路

2.1 确保围岩支护强度和刚度满足要求

煤矿开采期间，若未依据实际情况做好围岩控制，实际作业开展期间，将会导致掘进过程中发生损坏或变形等问题，同时，也会提高回采期间，控制围岩难度。因此，需要提高围岩支撑强度与刚度，而为了达到这一目的，需要采用高质量材料进行支护，提高围岩支护强度，保证煤矿开采期间不会发生事故，这一方面能够提高开采效率，另一方面也可以避免出现人员伤亡等问题。

2.2 加强对薄弱位置的控制

依据过去总结的工作经验来看，小煤柱沿空掘巷，煤柱会发生较为严重的变形现象，对于矩形巷道煤柱侧直角部分，容易出现内挤或网兜现象，这也是整个巷道中较为薄弱区域[2]。因此，应当采取支护方式处理煤柱侧直角处，关键方式就是采用更好扩散支护设备和实时增加方式处理，提高预应力，实现对巷道的保护。

2.3 综合考虑控制效果与成本

在分析小煤柱沿空掘进巷道时，不仅要提升巷道支护强度，保证围岩控制效果能够达到预期，而且还要考虑后续掘进时的作业效率，以及支护中采用设备的成本，在保证开采安全、顺利基础上，提高经济效益。因此，对于巷道围岩中薄弱与稳固区域应当区别对待，采取不同支护设备进行处理，采用先进技术处理，提高巷道稳定性，降低处理成本[3]。

3 煤矿工程中制定的巷道支护方案

3.1 煤矿工程概况

某煤矿4#煤层工作面巷道断面为矩形，煤层工作面走向约为179.5 m，平均厚度约为2.78 m，朝向顶板掘进区域不存在大型地质结构，巷道高度约为3.2 m，宽度约为4 m。基本顶自身结构相对较为松散，实际开采作业期间，会随着掘进作业进行发生脱落现象，整体围护起来难度较大，对底板部位进行分析可以发现，底部区域以泥质砂岩为主，一旦遇水，容易膨胀。工作面预留设置煤柱宽度约为19.5 m，控制围岩效果未达到预期，整个巷道存在较大变形量，底鼓区域较为严重，造成这一现象的主要原因有以下几点：

1）底板岩层以泥岩和泥质砂岩为主，遇水后容易吸水从而发生膨胀现象，导致底板发生底鼓问题。

2）煤层构造为复合方式，出现了显著裂隙，受风化与水源侵蚀等因素影响，随着时间推移，裂隙会演变为通道，结构容易被破坏。

3）围岩结构稳定性差，容易出现损坏，这将会导致支护工艺失效，无法起到保护作用。

4）开采期间会产生剧烈震动，这会导致顶板区域围岩破坏情况进一步加深，致使巷道发生变形，从而对后续开采作业开展造成不良影响。

3.2 巷道支护方案

综合分析小巷道支护技术，最终宽度设置的小煤柱宽度为7.8 m，其与宽度为19.5 m 煤柱相比，承接能力会降低。具体作业开展时，为了使最小煤柱支护作用能够得到合理发挥，避免发生严重浪费现象，针对整个工作面巷道，应当采取全封闭加固技术进行处理。

3.2.1 采用混凝土开展反底拱锚注

顶底板受采用因素影响会形成压力，同时，受水侵影响会出现膨胀现象，上述内容的出现都会导致小煤柱形状发生变形，出现底鼓现象[4]。一般情况下，采取卧底方式难以实现根治，这主要是由于卧底后，会在较短时间内发生二次底鼓现象。因此，要全面分析引起底鼓的因素，做好相应分析作业，利用可行性方解决问题。针对煤矿工程的情况来看，采取的针对性方案：超挖0.25 m 后，继续超挖，构建反底拱结构，沿着底拱垂直设置长度为1.55 m 的空注浆锚杆；进行底板表面混凝土回填作业，待24 h 后，混凝土强度可以达到设计的90%。

3.2.2 超前支护巷道

针对煤层工作面，需要利用加强支护技术处理超过煤层52.0 m 和工作面滞后区域90.5 m，具体支护采取一梁三柱方式进行架棚，具体设置时，应当将间距控制在0.75 m。

3.2.3 加固小煤柱

进行小煤柱加固时，为了保证加固效果能够达到预期，可以采取注浆方式进行加固，采取这一方式加固能够提高小煤柱承载作用。设置锚杆时，间排距离为0.75 m，与帮底、帮顶相距0.3 m 设置锚杆，实际布置期间，每隔两排锚杆应当设置一排空注浆锚索作为补充，其长度为6 m。

3.2.4 做好围岩支护作业

具体围岩支护期间，为了提高维护效果可以采取U 型钢结合铰接梁，同时，要采取有效措施对围岩进行支护。工作面区域，U 型钢与铰接梁两者能够发挥出双重作用，强化支护，设置的U 型钢顶部与顶板相连接，而剩余部位则利用背面与两帮背实。

3.2.5 喷浆封闭

通过对大量小煤柱支护经验进行总结分析可以确定，小煤柱支护稳定性相对较差，一旦受到采动压力影响，内部容易出现裂隙，从而发生变形。若采空区出现涌水情况，可能会诱发水害问题[5]。由此可见，避免在这一期间，围岩结构性能遭受破坏，需要在对现场具体情况进行全面分析基础上，加固处理巷道围岩，喷层厚度为0.06 m。

3.3 小煤柱护巷支护应用取得成效

针对本煤矿工程来说，小煤柱支护取得的成效如下：

1）采取全封闭支护措施，在相应范围处理煤层工作面中回风巷小煤柱预留区域。观察采用该项技术处理的巷道围岩，做好相应分析工作，通过分析可以确定，采取全封闭措施处理煤层巷道后，掘进期间，顶底板和两帮移近量在24 d 后，几乎没有继续发生改变，这一情况表明，巷道围岩变形受掘进周期影响相对较小，时间较短[6]。此时，梁板移近量达到了7.84 cm，而顶底板移近量则达到了10.42 cm，经过加固处理后，能够确保巷道围岩变形处于相对稳定状态[7]。

2）回采期间两帮变形量和顶底板与工作面相距越近，变形量越大，造成这一现象的主要原因就是两帮变形量和顶底板与工作面相距越近，其遭受采动影响也就越大，这会导致围岩活动明显；从现场的实际情况来看，与工作面相距超过125 m 之后，采动作业对变量就不会产生较大影响。

3）回采开展与工作面距离后部28.5 m 范围内，受采动影响相对较为严重。针对这一现象，可以利用超前一梁三柱方式架棚，通过这一方式处理，能够保证巷道回采后，整个巷道处于相对完整状态。

4 结语

采用7.8 m 煤柱作为该煤层作业面的回风巷侧支护措施，通过对具体应用其情况来看，采用小煤柱护巷技术可以实现对围岩情况的有效控制，而且实际应用经验来看，具体应用取得了不错应用效果，而且对于下一区段作业面稳固性、完整性都能够起到维护作用。同时，还能够保证巷道掘进与回采期间，巷道稳定性，减少事故的发生，提高煤矿开采效率。