淄博矿业集团许厂煤矿 山东济宁 272000
摘要：沿空掘巷是一类特殊的回采巷道。孤岛工作面下沿空掘巷上覆岩层活动剧烈，顶板下沉量大，采动影响十分强烈。加之巷道围岩松软破碎，巷道围岩变形大。淄矿集团许厂煤矿在沿空掘巷维护方面已积累了一些成功经验，4302工作面是430 采区的一个孤岛工作面，应用目前常规的锚杆支护措施难以满足孤岛工作面沿空巷道支护要求。该技术的应用，有效的解决了孤岛工作面双巷破坏严重，维护工程量大的难题，具有一定的推广价值。
关键词：大采高；孤岛面；沿空掘巷
1 前言：
在所有煤矿巷道中，回采巷道的围岩条件，应力状况最为复杂，加上较软弱的底板岩层及工作面超前支承压力的影响，围岩变形现象十分普遍，几乎所有回采巷道均存在不同程度的围岩变形。大采高工作面沿空掘巷，由于开采尺寸大、产量大、瓦斯多及设备大型化，所需风量大、巷道断面大等特点，因而在认识围岩变形机理的基础上能否有效地控制，使巷道断面满足生产要求，对于实现矿井高产高效有着现实的意义。
2 4302大采深孤岛工作面概况
4302工作面位于430采区，该工作面是我矿采高为5.5m的第一个大采高工作面，工作面皮带顺槽以西距4304工作面（2007年2月24日停采）采空区最近距离28m，4302轨道顺槽以东距孙氏店支2断层最近距离44m，切眼以北300m为4304工作面采空区，停采线北距离430辅助皮带上山119m。工作面井下标高为：-354.9～-462.3m。
巷道以北为430采区行人下山，与其最近距离为16m，以西为已回采的4304外面，以东紧邻已回采的4302面，与其皮带顺槽净间距4m，以南为已回采的4304里面及4302面，停头位置为穿过4302里段联络巷4m后停头，掘进过程中将依次穿过4302面1#联络巷、4302下面1#、2#、3#巷探、4304面外面联络巷4304面转载道及4302面里段联络巷，其余均为实炭区。
工作面采用走向长壁区内后退式全部垮落综合机械化采煤法，根据设备技术参数，煤层地质情况，采高为3.0～4.8m，初次放顶期间控制在4.2m以内
3 沿空掘巷方案的确定
沿空掘巷的支护效果，不仅取决于煤岩自身的力学性质、支护形式，关键还取决于留设煤柱大小。煤柱宽度影响巷道围岩应力状态、围岩位移场分布，合理的窄煤柱尺寸，将使巷道处于巷道围岩应力相对较低，同时围岩性质能保持较好的位置。这样既能保持锚杆具有较好的锚固力，又有利于窄煤柱本身的稳定；同时还可以使锚杆锚固后的窄煤柱具有一定的承载能力，使其与巷道的实体煤帮共同承载，改善巷道围岩小结构的应力状况，保证小煤柱结构的稳定。
3.2.1 合理设计窄煤柱宽度原则
1）当上区段工作面回采结束后，在采空侧煤体中将形成一个垂直应力相对较低的区域，沿空掘巷宽度和窄煤柱宽度之和在条件可能的情况下，应以布置在此区域中为好。
2）保证锚杆具有良好锚固性能的原则，保证锚杆安设基础的围岩性质较好是另一个应注意的问题。较好的围岩性质能够保证锚杆具有较高的锚固力，真正发挥锚杆的支护作用。因此，锚杆不能安设到上区段开采后在窄煤柱中引起破碎的区域中，窄煤柱内部应有相对稳定的区域。如果煤柱均为破碎区，其承载能力和稳定性较小，而且锚杆在破碎煤体中的锚固力小，锚杆支护作用降低，巷道维护必将困难。因此，应将锚杆锚固在上区段工作面回采产生的破碎区外的稳定煤体中。当窄煤柱破坏较为严重时，锚杆钻孔在凿出后不久会出现塌孔现象，致使锚杆的安装无法正常进行，故在实践中应予以考虑。
3）预留巷道围岩变形的原则，沿空掘巷合理的窄煤柱宽度不但要能保证巷道围岩的稳定性，而且在现有的支护条件下，围岩的变形量应能满足生产过程中对断面的使用要求。
4）有利于窄煤柱自身稳定的原则，窄煤柱的尺寸也将直接关系到窄煤柱自身的承载能力，煤柱过窄，不但煤柱破碎、顶煤及实体煤帮也破碎，巷道围岩整体性差、承载能力小。数值模拟结果表明，煤柱较小时，随煤柱宽度增大，巷道围岩变形量减小，煤柱宽度达到一定值后，随煤柱宽度增大，巷道变形量增加。
5）采出率高的原则，煤柱越小，采出率越大，在满足巷道围岩稳定的前提下，尽可能减小窄煤柱宽度。
3.2.2 煤柱尺寸
根据压力拱中的应力分布特点，掘巷的位置有4 种：在应力降低区中无煤柱沿空掘巷；留小煤柱沿空掘巷；在应力升高区中的煤柱护巷；在原始应力场的大煤柱护巷。首先由煤体上方支承压力分布规律看出，在位置3 掘进巷道，正处于支承压力高峰区，巷道不易维护；在位置4 掘进巷道，虽然巷道比较容易维护，但煤柱损失比较大，不符合充分利用和节约煤炭资源的原则，故这4 种位置都不可取。在应力降低区中沿空掘巷分为无煤柱掘巷和小煤柱掘巷2 种。无煤柱掘巷虽然能充分开采煤炭资源，但存在巷道通风、上区段采场采空区残煤自燃、采空区积水等不利因素。因此，沿空掘巷的最佳位置为留小煤柱的沿空掘巷，最佳煤柱尺寸应是在煤柱煤体不出现宏观裂隙、不会向采空区漏风、诱发自燃、有一定的承载能力、能满足巷道维护要求的最小的煤柱尺寸。煤柱的留设主要取决于自身的可加固性和承载能力。
加大锚索布置密度，由原先的每隔2排锚杆排打设一组锚索，现改为顶板每隔一排锚杆排打一排锚索排；锚索五华布置，锚索第一排布置在T型钢带第二、四对孔内，再隔一排锚杆排打设第二排锚索排，锚索布置在T型钢带第一、三、六对孔内，锚索均布置在钢带的外孔，钢铰线与顶板垂直线成15°夹角向巷道两帮方向倾斜。
将顶板最外侧两颗锚杆与顶板垂直方向夹角改为20°，两帮上、下部两锚杆与帮垂直方向并分别向顶板和底板方向倾斜布置其夹角改为30°。
结论
1）针对孤岛工作面沿空掘巷的围岩特点，提出了通过提高锚杆预紧力，在巷道围岩中形成预应力结构控制巷道围岩变形的技术体系。
2）沿空技术的推广应用减小了支护材料的运输、搬运及支护工作量，减轻了工人的劳动强度；减少了修复工程量。
3）巷道围岩控制效果好，整体稳定性高，保障了巷道通风和运输所需的断面，为矿井安全生产创造了有利的条件
4）在弹性区中留大煤柱的掘巷方式，在掘进和回采过程中变形很小，但煤柱留得过大，煤炭浪费严重；在外应力场中留较大煤柱的掘巷方式，巷道处于煤体的高应力区内，在掘进和回采过程中变形量很大，难于维护，因此这两种掘巷方式均不宜采用
5）在内应力场中留小煤柱的掘巷方式较为理想，此位置处于煤体的低应力区中，掘进时不会引起支承压力和煤体力学状态的明显变化，所以采用此种方式不仅掘巷稳定期内围岩变形小，而且从采空区挡矸、防水、防瓦斯、巷道施工进度等方面来看都最为有利。
6）煤柱宽度为4～6 m时，巷道变形量较小，煤柱宽度大于6 m时巷道变形量较大。
论文作者:李建
论文发表刊物:《基层建设》2017年第30期
论文发表时间:2018/1/7
标签：巷道论文; 围岩论文; 工作面论文; 应力论文; 锚杆论文; 宽度论文; 采空区论文; 《基层建设》2017年第30期论文;