当代化工研究
J〇Modern Chemical Research技术应用与研究2021•02 $采井沿空巷道小煤柱护巷机理及支护技术 *王利峰
(山西汾西矿业两渡煤业有限责任公司山西031302)
摘要：本文对工程概况情况概述后，对深井沿空巷道围岩变形主要规律加以分析，对深井沿空巷道小煤柱护巷机理状况实行研究，对深 井沿空巷道小煤柱护巷支护技术及支护方案进行探讨，目的为明确深井沿空巷道小煤柱护巷的主要机理、围岩变形规律，然后合理运用支 护技术处理，为深井沿空巷道小煤柱维护工作提供良好支持。 关键词：深井；沿空巷道；小煤柱；护巷机理；支护技术
中图分类号：T文献标识码：A
Roadway Protection Mechanism and Support Technology of Small Coal Pillars in
Gob-side Entry of Deep Mine
Wang Lifeng
(Shanxi Fenxi Mining Liangdu Coal Industry Co.?Ltd.,Shanxi,031302)
Abstract i After summarizing the general situation of t he p roject, this p aper analyzes the main laws of s urrounding rock deformation in deep gob-side entry, studies the mechanism of s mall coal p illar roadway p rotection in deep gob-side entry, and discusses the supporting technology and scheme of s mall coal p illar roadway protection in deep gob-side entry. The purpose is to make clear the main mechanism and deformation law of surrounding r ock o f s mall c oal p illar p rotection in deep mine gob-side entry, and then reasonably apply the s upport technology to p rovide g ood s upport for the maintenance of s mall coal p illar in deep mine gob-side entry.
Key words：deep welh gob-side roadway \small coal p illar \roadway p rotection mechanism；supporting technology
煤矿开采深度增加、能源需求量提高，较多深部矿井 于采空区一侧回采巷道中，会使用留窄煤柱沿空掘巷方式处 理，然而开采深度变化所致沿空巷道维护工作有一定挑战，这对于工作面建设构成阻滞。针对于此，需要明确沿空巷道 煤柱的尺寸、加强煤矿生产管理，并有效运用支护技术处 理，从而降低煤柱变形情况的发生，确保深井沿空巷道支护 工作的效率、安全。
1. 工程概况情况概述
以某煤矿工程为例，其工作面煤层厚度为6.55m、存在 3层夹矸，直接顶为容易冒落的泥岩，平均厚度为3.06m；基 本顶细砂岩厚度约为1.88m；底板细砂岩厚度在2.24m左右，埋深约为310m。待上一工作面回采完成后通过综采开采技术 处理，区段回风平巷使用沿空留巷小煤柱护巷高强度锚杆支 护，顺着底板掘进。沿空测小煤柱的宽度、排距、顶锚杆尺 寸、锚固长度，以及帮锚杆尺寸、锚固长度分别设置为：4m、850m m、20腿*2200m m、1.5m、20m m*1800m m、1.2m，间隔4m位置于巷道中布设1根锚索，钢绞线的长度、直径及树 脂药卷锚固长度设置为：8.2m、15.25m m、1.4m。组合构件W 强力钢带尺寸5m m*260m m，顶煤、两帮应用金属经纬网达到 辅助支护的目的，采空区侧小煤柱使用圆钢销杆支护，间排 距设置为800m m*800m m，巷道掘进、回采的过程，应对巷道 围岩变形加以检查。通过单体液压支柱超前支护，顶板、底 板移动速度降低，两帮移动速度增加，然而两帮整体性能尚 可、未见片帮问题。由此表示，经高强锚杆支护可提高深井 沿空巷道掘进效率、回采围岩的稳定性。 2. 深井沿空巷道围岩变形主要规律的分析
沿空巷道，即为煤体一采空区的巷道，作为煤柱护巷的 基本形式，在右侧工作面开采后基本顶下沉，并且会于采空区边缘断裂，这时煤体顶板弯曲且呈一定角度，于采空区倾 斜侧向支撑压力煤体内部发
生转移[1]。当顶板弯曲、下沉，以及以支撑压力转移，边缘煤体受到严重破坏，这时会形成 破碎区，煤体边缘范围内可形成应力降低区，这时为沿空掘 巷创设了良好条件。巷道煤柱左侧掘出后，会于围岩内形成 破碎区，此时煤柱两侧可见破碎区，不但承载力下降，而且 左侧工作面开采过程会形成超前支撑压力，发生煤柱压缩破 碎问题的同时，顶板易发生二次断裂问题，致使巷道压力加 大、变形量增多，而这也是深井工作面沿空掘进巷道工作 面，超前支撑压力作用下维护困难的基本原因。
3.深井沿空巷道小煤柱护巷机理状况研究半耕半读
⑴顶板支搂压力分布规弹研究
图1顶板支撑
工作面顶板支撑压力分布为动态的，会随着工作面推进 而发生改变，顶板约束条件下经四周嵌固一两侧嵌固发生转 变，弯矩会朝着两侧一煤壁产生转移，以此致使顶板顺着两 侧煤壁嵌固端发生断裂，顶板应力会受到煤壁距离的变化影 响。因煤壁四周应力>煤层基线抗压的强度，所以边缘煤体 容易受到破坏、承载能力下[2]
。趋于该种状态下，遭受顶板
guardium捷克 斯洛伐克2021» 02技术应用与研究
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自重因素、采动附加应力因素影响，顶板则会于两侧煤体内 部断裂，逐渐形成断裂口线为主的应力区。断裂线、煤体边 缘间中断裂岩梁自重关系到低应力区，断裂线外侧经上覆岩 层整体重量关系到高应力区，如图1。
⑵正确梳理煤柱览度、围岩变形间的关系
护巷煤柱宽度、围岩变形率间的关系，能够客观评判煤 柱是否稳定，经试验证实巷道围岩变形、护巷煤柱宽度关系 紧密，煤柱宽度增加、围岩变形率则会随之变化。
⑶认真计算小煤柱的宠度
结合煤柱宽度、围岩变形率关系，明确煤柱的宽度后经 工作面支撑压力分布确定最终煤柱宽度。经过对巷道围岩应 力分析能够明确，四周采空区煤体存在以下几个区域：应力 降低区、升高区，以及原岩应力区[3]。为防止巷道位于应力 升高区，建议在塑性区、弹性区交界位置将护巷煤柱设置过 小的话，因煤柱内部为破碎区、塑性区，在承载力及稳定情 况方面较弱，锚杆处于破碎围岩范围，不但锚固力非常小且 无法提高煤柱的稳定性、安全性。针对于此，需确保煤柱宽 度设置适中，以便降低承载力、确保煤体为完整区域，如此 一来利于降低巷道支护体的载荷，提高巷道围岩的完整性，同时可
以有效降低煤炭资源浪费，及其构成的不良影响。4.深井沿空巷道小煤柱护巷支护技术及支护方案探讨
明确深井沿空巷道小煤柱的尺寸前，需要考虑到支护 的方式，宄其原因和不同支护方式对于煤柱尺寸留设会构成 直接影响存在紧密联系。通过研宄发现，锚杆支护能提高锚 固体力学的相关参数，主要为锚固体受到破坏前、后参数 4>，对岩体摩擦角4)构成的影响，内聚力升高的幅度较小，锚固区域岩体峰值强度、峰后强度提高，锚杆支护技术的应 用，促使围岩经二向/单向应力的方式转变，形成三向应力 状态可提高围岩承载方面的能力，为巷道维护工作奠定坚实 基础[4]。锚固体强度中，通过锚固体极限强度、锚固体残余 强度，以及锚杆支护强度、锚固体极限强度时内聚力、锚固 体极限强度时内摩擦角、锚固体残余强度时内聚力、锚固体 残余强度内摩擦角分别通过：〇1 (MPa)、〇l* (MPa)、空集
〇3n (M Pa)、C (MPa)、(° )、C* (MPa)、由* (° )表示。其中，〇 1和〇 1*会随着〇 3m、C、、C*、V而变 化，特别需要注意的是提高直接关系到围岩强度。故 而，建议使用预紧力、强力锚杆，以及锚索和强力钢带等，有效保证围岩的强度非常必要，进而能够确保围岩承载方面 的能力、强力锚杆力学性能。区段煤柱尺寸、支护方式相匹 配，便于提高锚杆的性能，保证锚杆参数设置的科学性、可 靠性。此外，可通过窄煤柱护巷回采巷道锚网带、支护方法 处理，以便不断提高巷道围岩的承载力。
试验段小煤柱的宽度在7. 5m左右，承载力和以往留设 煤柱比较应收缩下降，而这也是成巷质量差的主要原因之 一，稳定区内应力>l〇MPa应力集中系数>2倍，完成工作面 回采工作遗留煤柱，会于较髙应力条件下对下方煤层工作面 布置构成不利的影响，所以建议将护巷煤柱宽度设置为5m，同时对试验段巷道作以封闭加固处理，支护方案：（1)反 底拱回填混凝土锚注方案，采动时小煤柱承载压力作用下，底板遇水会发生膨胀所致底鼓问题，因此围岩变形问题比较 凸显。经反复拉底无法处理上述问题，因而应实行底板超挖 处理，目的为逐渐形成反底拱，对反底拱垂直打设孔注浆锚杆作以锚注处理，将间距设置为1.2m。在此之后，回填混凝
土强度提高达到90%以上。（2)中空锚杆注浆加固小煤柱方 案，中空锚杆以780m m*780m m尺寸布设，邻近顶板位置向上
倾斜15°左右后注浆，旨在提高小煤柱承载方面能力，2排
锚杆间打1排锚索确保整体补强支护效果，如图2[5<。（3)
超前架棚巷道支护方案，使用小煤柱进行开采，因受到采动
因素的影响，因此工作面前方、后方（50m、80m)均为应力
升高区，建议施行架棚支护处理。实际支护的过程将架棚的
排距设置为〇.7cm，如图3。红统一图库 彩图2018
图3超前架棚巷道支护
5.结语
经研宄发现使用小煤柱护巷可确定小煤柱尺寸，提高小
煤柱稳定及可靠的性能。与此同时，采取髙强度锚杆支护，
在提高围岩力学参数、小煤柱承载力，以及围岩承载力等多
个方面优势突出，并且应该加强对深井沿空巷道应力的深入
分析，确定支护方案、煤柱宽度，如此便于降低超前支撑压
力所致不良影响，对深井沿空巷道进行有效维护，确保巷道
围岩为稳定的状态。
【参考文献】
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【作者简介】
王利峰（ 1987-)，男，山西汾西矿业两渡煤业有限责任公
司；研究方向：煤矿综采。
豫公网安备41160202000603
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