摘要：以某厚煤层大采高综放工作面为工程背景，针对采用大煤柱护巷所造成的煤柱损失大、煤柱内应力集中程度大、巷道处于应力增高区支护难度大等问题，提出采用沿空掘巷技术来减小煤柱损失、改善围岩应力环境。对高强度锚杆高预应力支护进行模拟，得出附加预应力场分布规律，通过对比分析确定了沿空掘巷围岩支护形式和参数，试验并分析了巷旁支护对煤柱的加固效果。现场监测结果表明：巷道掘进过程中顶、底板移近量最大57mm，两帮移近量最大64mm；工作面回采过程中顶、底板移近量平均131mm，两帮移近量平均221mm，设计的支护方案较好地控制了围岩移动；巷旁支护可以减小煤柱侧煤壁变形，但造成实体煤侧煤壁变形量增加。
关键词：特厚煤层；大采高；沿空掘巷；小煤柱
1 前言
采用沿空掘巷能提高煤炭采出率和延长矿井服务年限，具有良好的经济效益，且随着对采场矿压理论研究的不断深入、巷道支护技术不断改革和发展以及多处矿井的实践应用，沿空掘巷技术已趋于成熟。与留大煤柱和不留煤柱沿空掘巷技术相比，留小煤柱沿空掘巷优势: 煤柱宽度小，资源采出率高； 在低应力场的环境下，有利于巷道在掘进和回采期间的维护； 留小煤柱隔绝相邻采空区，既能防止采空区内瓦斯等有害气体窜入，又能避免风流进入采空区引起采空区内浮煤自燃； 煤柱具有一定的承载作用，有利于维护巷道的稳定性。
2 工程背景
某矿初期以石炭二叠系3～5号煤层为主采煤层，设置一盘区和二盘区2个生产盘区。3～5号煤层厚度为11.8～17.7m，平均14.8m；倾角为2～6°，平均3°，矿井相对瓦斯涌出量为2.21m3/t，绝对瓦斯涌出量为44.6m3/min。煤尘爆炸指数为37%，具有爆炸危险性。煤层自然发火期是68D，和自燃倾向容易自燃。综放开采采用综放开采，放顶煤采煤采用“一刀一盘双轮”采煤法。综采放顶煤工作面综采、装载、运输、支护及其它作业程序全部机械化，作业工序为:割煤→移架→推前运输机→放顶煤→拉后运输机。煤层埋深为530m左右，由上覆岩层自重形成的垂直应力约为14MPa。
该矿原有区段煤柱宽 38 ～ 45m，存在问题:采出率低； 巷道位于应力增高区 （ 承载区、弹性能聚集区） ，维护巷道所需支护强度高，具有弹性能突然释放造成的冲击危险性； 超前支承压力影响区内矿压显现强烈 （ 顶板下沉量大、底鼓严重、片帮、W 钢带拉断、单体柱压爆等现象） 。
3 巷道支护
5204巷为矩形断面，掘进断面尺寸5200mm×3600mm，净断面尺寸5000mm×3300mm。巷道采用锚杆+锚索+W钢带+锚索组合钢梁+金属网联合支护，具体入图1所示。
图1 5204巷断面支护
3.1巷道顶板支护
螺栓无纵筋螺栓（22 M 2500），每排7加W钢带、中央垂直巷道表面安装螺栓，两侧和75度的水平角螺栓，螺栓间距800mm，间距800mm，螺栓直径22mm，长度2500mm，杆螺纹m24mm，锚杆托盘是120mm×120mm×5mm高强度板拱。W钢bsh5000×250×4mm钢板（800mm行距）；锚杆间距1600mm，间距2000mm，直径22mm，长度8300mm，和屋顶垂直锚复合梁JW 25型高强度钢，长4500mm，300mm×300mm×锚板高16mm强度板；2排锚杆在1套、电缆中间（线5），肩角，肩角锚杆的两侧，肩角锚杆排间距1600mm，和巷道顶板锚杆间距布置，直径22mm，长度4300mm，通过800mm 11号矿用工字钢托盘。
3.2巷道两帮支护
巷道两帮各用4根左旋无纵筋螺纹钢锚杆（22－M24－3000）、BSH3000×250×4mm钢带托板（排距800mm）、50mm×50mm金属网联合护帮，锚杆排间距为800mm×900mm，锚杆直径22mm，长3000mm，杆尾螺纹为M24mm。顶部锚杆与水平方向夹角为10°（向上偏），底部锚杆与水平方向夹角为20°（向下偏），中间2根锚杆垂直巷帮。
3.3锚固长度及预紧力
锚杆采用2支树脂药卷加长锚固（1支K2335+1支Z2360），预紧力矩不小于200N?m，预紧力要求不低于80kN。顶板锚索采用3支树脂药卷端头锚固（1支K2335+2支Z2360），锚固长度不小于1.5m，预紧力不小于100kN，锚索预应力不低于170kN。巷道顶板破碎段采用加组合锚索的方法进行加强支护。
4 结束语
采用合理的锚杆+W钢带+锚索+11号工字钢+组合锚索+喷浆全封闭的锚网索耦合支护对策，锚杆作用区间内，巷道围岩内形成了高预应力圈，对围岩起到了很好的主动支护作用。
巷道掘进期间顶底板移近量最大为57mm，两帮移近量最大为64mm，两帮变形比顶底板变形略大；正常回采期间，两帮移近量平均为221mm，顶底板移近量平均为131mm，两帮变形是顶底板变形的1.6倍；超前支承压力影响范围在80～100m之间，剧烈影响区超前工作面35～40m。
对比试验表明巷旁支护可以减小煤柱侧煤壁变形，但造成实体煤侧煤壁变形量增加，可不再使用此煤柱加固措施。
参考文献：
[1] 许永祥.特厚煤层大采高综放面沿空掘巷支护技术[J]. 煤矿开采. 2017(02)
[2] 黄帅.探讨沿空掘巷的影响因素与解决对策[J]. 科技资讯. 2014(02)
论文作者:张坤,弥刚
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第17期
论文发表时间:2017/11/21
标签：巷道论文; 煤层论文; 锚杆论文; 围岩论文; 间距论文; 顶板论文; 底板论文; 《建筑学研究前沿》2017年第17期论文;