张衡
淮沪煤电有限公司丁集煤矿，安徽淮南 232141
摘要：随着矿井开采向深部延伸，工程地质环境日趋复杂，使得深部煤巷支护愈加困难,为了更好地解决深部综放沿空掘巷的支护问题，在分析了深部矿井沿空掘巷变形机理,并针对其破坏特征，确定了掘巷留设窄煤柱的合理宽度、支护方案和参数。通过井下实践表明，支护方案有效的控制了巷道围岩的变形，解决了支护难题。
关键词：深井；小煤柱；沿空掘进；变形；支护
近年来，随着我国矿井综合机械化程度不断提高，各大煤矿的年产量也随之增长，这必然将加快煤炭资源的枯竭。为了尽可能的提高煤炭回收率，延长矿井服务年限，小煤柱沿空掘巷逐渐在各大矿井推广开来。丁集煤矿位于淮南复向斜中北部，井田东段为潘集背斜西缘，井田西段为陈桥背斜东翼与潘集背斜西缘的衔接带。自2007年12月26日投产以来，煤巷锚网支护得到了广泛应用。尤其在动压区留小煤柱沿空掘巷可以有效的缓解煤矿接替紧张问题，提高资源回收率。但小煤柱沿空掘巷巷道失稳变形严重、后期二次巷修量大、处理时间长等突出问题又制约了沿空掘巷优势的发挥，严重影响安全生产。因此，加强对小煤柱动压沿空掘巷巷道围岩变形规律和关键控制技术研究，对控制巷道围岩的变形及满足生产需要，意义重大。
1 留设小煤柱的意义
所谓沿空掘进就是完全沿采空区边缘或仅留很窄煤柱掘进巷道。具体说，就是把巷道布置在位于靠煤柱一侧的低应力场，便于巷道维护，减少变形量。其关键是严格控制煤柱宽度。留小煤柱的目的是将巷道与采空区隔离，防止采空区的水与有害气体串入巷道，危及安全生产，但煤柱宽度对巷道的维护状况起决定作用，若煤柱过小，由于靠采空侧的煤柱受支承力的影响已呈塑形，容易失稳，片帮严重，若煤柱过大，则回采巷道布置在压力增高区内，将使巷道压力大，支护困难。
2 沿空掘巷小煤柱加固方法
2.1 小煤柱喷浆
利用中空注浆锚索注水泥浆液，提高小煤柱的自身承载能力。为改变围岩的松散结构，提高粘结力和内摩擦角，充填封闭煤岩裂隙，必须将锚固、注浆加固一体化施工，显著提高小煤柱强度，为锚杆（索）提供可靠的生根基础，使锚杆（索）对松软破碎围岩的锚固作用得到最大发挥。同时堵塞漏风通道，起到了防火的安全目的。
2.2 加密顶板锚索布置，做到一次支护最大化
利用锚索将顶板下部围岩悬吊于上部稳定的岩层中并形成整体，有效控制顶板下沉，使顶板压力均布于巷道两侧纵深范围，巷道两侧的应力集中现象明显减弱。
2.3采煤帮加密布置锚索梁
以此做到深锚，增强加固效果，有效控制浅部围岩变形。
3 煤柱宽度确定沿空掘巷方案的确定
? 煤层开采过程破坏了原岩应力场的平衡状态，引起应力重新分布，沿工作面倾斜和仰斜方向形成固定支撑压力，按应力变化情况可将煤体分为3个区域，即应力降低区、应力增高区和原岩应力区。因此，可能掘巷的位置有4种，即无煤柱完全沿空掘巷、应力降低区留小煤柱掘巷、应力增高区留大煤柱掘巷、原岩应力区留大煤柱护巷。
采用极限平衡理论和弹塑性理论计算合理的最小护巷煤柱宽度B ，
最小护巷煤柱宽度 B 为：
式中： — 因相邻区段工作面开采而在本区段沿空掘巷窄煤柱中产生的塑性区宽度，m ；
— 巷道掘进产生的塑性区半径，m ；
— 考虑安全因素而增加的煤柱宽度，m 。
根据以往掘进工作面经验，及理论上分析可以确定，留设小煤柱沿空掘巷是最佳方案，考虑经济效益，选择留设煤柱的宽度是8.5m，现场工程实践中再适当调整。
4 案例
4.1 小煤柱支护方法
丁集矿某顺槽巷道断面规格：宽×高=5.5×3.4=18.7m2，满足安全生产及打钻需求，增加巷道断面预留量。
4.2顶板支护
包括3部分：第一部分由Φ22×2800mm高强度锚杆和M5钢带组成。第二部分由Ω梁和普通锚索组成。第三部分是10#金属网。
4.3 煤柱侧帮部支护
煤柱侧帮部支护包括6部分，第一部分由Φ22×2500mm高强度锚杆和M5钢带组成。第二部分是10#金属网。第三部分是中空注浆锚索和Ω梁组成。第四部分是普通锚索和Ω梁组成。第五部分是喷浆封闭，喷浆砼强度C20，砼配比为水泥：黄沙：碎石=1：2：2，速凝剂3%～4%，水灰比0.45，使用普通硅酸盐水泥，型号P.S.B32.5。喷浆厚度60mm，喷浆范围：巷帮要求小煤柱侧全喷，顶板要求锚网巷道喷至肩窝向巷道中线至少1m；架棚巷道要求喷至巷道中线。第六部分是注浆加固，煤柱侧帮喷浆封闭后，再注浆加固。注浆使用普通硅酸盐水泥，型号P.S.B52.5。中空注浆锚索注浆压力：8～9MPa，注浆稳压时间3～5分钟，注浆液为单液水泥浆，水灰比为1:1。
4.4 采煤侧帮部支护
第一部分由Φ22×2500mm高强度锚杆和M5钢带组成。第二部分是10#金属网。第三部分是普通锚索和Ω梁组成。
5 巷道矿压观测
5.1 掘进期间
巷道掘进 1~4 天内围岩运动剧烈， 5~7 天后，巷道围岩运动速率逐渐减小并趋于稳定，直到受本工作面回采影响之前。
巷道两帮最大变形速率为34mm/d，两帮最大移近量达到167mm，其中实体煤帮移近量为52mm，占巷道两帮最大移近量的31.2％；沿空煤帮移近量为 115mm，占巷道两帮最大移近量的相对移近量的 68.8 ％。
顶板最大变形速率为9mm/d 。巷道顶底最大移近量达到35mm，其中顶板下沉量为12mm，底臌量为23mm。巷道顶板整体离层量最大为4mm，变化不明显，无异常变形出现。
5.2 回采期间
工作面支承压力超前影响范围距工作面煤壁约为45m ，其中24m以内为支承压力影响增高区。在支承压力影响增高区内，两帮变形量较为严重，沿空煤帮最大移近量达到185mm，占巷道两帮最大移近量的相对移近量的63.7％。巷道顶底最大移近量达到35mm 。其中顶板下沉量为65mm，底臌量为185mm。
5.3 支护效果分析
矿压观测数据表明，在该矿采用留8.5 m 小煤柱沿空掘巷，通过优化支护参数，采取一定的措施，能够有效控制巷道变形，保证巷道有效使用面积满足工作面生产要求。
6 结论
支护效果显著，巷道加架影响期间，长期维护期间，强烈采动影响期间，巷道变形均得到了有效控制，很好满足了回采要求；通过对巷道围岩进行监测分析，围岩变形得到有效控制，支护效果良好；施工过程中应密切深入现场，根据支护效果反馈及时修改、优化支护设计，确保巷道能够高效安全快速掘进并满足生产需要；沿空掘道巷道变形是围岩各组成部分相互作用和影响的综合结果。“锚梁网索+喷注浆”的联合支护形式能够有效地控制锚固区内的围岩变形与破坏，保持顶板及两帮的整体性，形成稳定的围岩承载基础，充分发挥锚杆（索）的主动支护作用。
参考文献：
[1]周仁战.极松散厚煤层完全沿空掘巷的支护机理与技术研究[D].安徽理工大学,2018.
[2]马耀荣.特厚煤层开采中沿空掘巷煤柱宽度及稳定性研究[D].太原理工大学,2018.