留小煤柱沿空掘巷锚网支护试验研究

魏胜利

（山西大同大学工学院，山西大同 037003）

留小煤柱沿空掘巷锚网支护试验研究

魏胜利

（山西大同大学工学院，山西大同 037003）

为确定2＃煤层锚网支护条件下沿空掘巷煤柱大小，在井下进行3 m、5 m、7 m宽度条件下的锚网支护试验，通过对各宽度煤柱条件下采掘活动对巷道顶板下沉、两帮位移及锚杆锚固力影响的观测分析，确定合理的煤柱宽度为3 m，节约了煤炭资源，为矿井的安全开采提供了技术保障.

小煤柱 宽度 锚网支护

1 试验巷道情况

1）22311顶综采工作面为孤岛型煤柱工作面，下为22312综放面，上与22300面相邻，两面皆已采空.所采2＃煤平均厚度6 m，f＝1～1.5.伪顶为黑灰色泥岩，厚0～0.9 m，破碎、具水平层理；直接顶为0～3 m的灰黑色粉砂岩，具水平层理；老顶为厚8～21m的灰白色中细砂岩；直接底为厚6 m的灰黑色粉砂岩.

2）22204顶综采工作面位于下水平22200采区中部，西靠22202（顶）采空区，区域内煤层为一单斜构造.伪顶为厚0～0.3 m的黑色泥岩；直接顶为灰黑色粉砂岩，厚2.5～14 m；老顶为厚8 m的灰白色中粗砂岩；直接底为厚1.4 m的灰黑色粉砂岩.

2 支护难点

1）埋深大，顶板不易维护.22311和22204两工作面埋深分别为－450～－490 m、－400～－525 m，埋深较大，顶板难以维护.

2）巷道受动压影响.22311综采工作面为孤岛型煤柱工作面，下邻的22312综放面为已采工作面，垮落的顶板使22311运输巷帮部压力加大，变形加剧，顶板裂隙进一步发育；22204运输巷约有200 m巷道受22202工作面采动影响（停采不到两个月），在动压下掘进，巷道变形量大.

3）采空区积水的影响.22204运输巷位于向斜构造的底部，临近向斜构造底部的采空区积水使22204运输巷顶帮围岩的松动范围加大，巷道不易维护，为此煤柱由3 m逐渐加大到7 m.

3 工艺及支护参数

3.1 掘进工艺

巷道断面矩形，规格3.7×2.8 m，沿顶钻爆法掘进.巷道顶部采用全长树脂锚杆＋网＋锚索＋钢带进行支护，两帮部采用端锚树脂锚杆＋网进行支护.

3.2 支护参数

1）煤柱留设：22311运输巷沿空煤柱3 m；2220 4运输巷沿空煤柱3～7 m.

2）顶锚杆：Φ22×2 200 mm高强螺纹钢锚杆，每排5根，间排距900×900 mm，全长锚固.

3）锚索：Φ15.24 mm预应力钢绞线，长度6 m，单排布置，间距1.8 m，端头锚固.

4）帮锚杆：Φ16×1 900 mm钢筋锚杆，每帮4排，间排距700×900 mm，端头锚固.

3.3 注意事项

1）现场备有一定数量的工字钢棚，如遇顶板破碎，压力增大，围岩变形较为剧烈时，应及时套棚加强支护.

2）动压下巷道施工，应密切观察顶板围岩的变化，如遇异常及时采取措施.

3）断层处、向斜盆地底部邻近采空区易于存在积水，应制定相应的防水措施.

4）每班在开工之前，班长要对上一班的施工质量进行检查，对不符合施工要求的要进行整改并作记录.安排专人对锚杆重新进行紧固，保证锚杆的锚固力达到规定的要求.

5）对锚杆锚固力和预紧力以不低于10%的比例进行抽测.

4 矿压观测

为确定合理的煤柱尺寸大小，评价支护效果，在22311、22204运输巷设置矿压观测站，观测在3m、5m、7m煤柱尺寸下的巷道围岩变形及锚杆受力情况.

4.1 方法与要求

1）顶帮位移十字布点法测读，精度1 mm.

2）在22311运输巷道选一围岩较为稳定的断面，在顶板中部及两侧安装三根测力锚杆，观测顶锚杆的轴向受力.

3）安排专人定时测读数据，记录到相应的表格中.

4）如遇异常数据，应及时查找原因处理，并作记录.

表1 顶帮位移变形及速度统计表

表2 两帮位移及速度统计表

4.2 结果整理

1）顶帮位移变形.

从顶及帮的位移变形看，两者趋于一致，大致可分为掘进影响期、相对稳定期和回采影响期三个阶段，22311和22204运输巷煤柱同为3m时，前者的位移速度和位移总量明显小于后者，22204运输巷在3m、5m、7m煤柱宽度条件下相比，3m时围岩变形最小.

表3 2＃测力锚杆轴向载荷分布表 单位：KN

2）锚杆受力.由于安装及保护问题，1＃和3＃测力锚杆被破坏，表3为2＃测力锚杆的观测数据从表3可见：顶锚杆随顶板的变形，其受力不断加大，表明其对围岩变形控制的及时性和有效性，符合全长锚固的一般规律.

3）预紧力和锚固力.对锚杆锚固力抽测，除个别施工不达要求采取补打外，顶、帮大都大于130 KN和50 KN，预紧力分别大于80 KN·M和50 KN· M，符合规程要求.

5 支护效果分析

从观测结果分析，在22311、22204运输巷采用锚梁网＋锚索的支护方案是可行的.

1）顶帮位移减少，围岩变形得到控制.22311运输巷顶、帮位移分别为171 mm和242 mm；22204运输巷顶、帮位移在3 m、5 m、7 m煤柱条件下分别为296 mm和460 mm、313 mm和524 mm、342 mm和557 mm.相同条件下架棚支护，顶板下沉量一般在600 mm以上，两帮位移量一般在1500 mm以上，且支架损害严重，工人劳动强度较大.锚网支护，充分发挥了其主动支护的特点，使顶板在变形初期得到及时有效地控制，保证了顶板的完整性，减少了顶帮的位移.

2）22204运输巷顶、帮的位移量均大于22311运输巷，主要原因是22311巷道围岩较为稳定，而与22204运输巷相邻的22202工作面停采不到两个月，围岩还处于活动期，对22204运输巷的影响较大；22204运输巷在3m煤柱条件下，围岩变形较小，其主要原因是较大的煤柱尺寸使巷道处于固定支承压力的峰值之中，使巷道不易维护.

3）全长锚固使顶板的组合梁作用加强，稳定性提高，通过锚索强大的拉力，两者协同作用使顶板形成一个稳定的整体，为试验的成功奠定了基础.观测数据也表明，锚杆受力仍没有到达其极限值，说明支护系统仍有富余.

4）实际观测发现，顶板下沉大部分来自顶锚杆锚固端以外（2～6 m）的岩层，其原因是巷道围岩受到邻近工作面顶板跨落及采动影响.

6 结论

1）与架棚支护相比，采用锚网支护，巷道围岩的变形得到控制.通过锚杆锚索的主动支护，使围岩的稳定性得以加强，调动了围岩的自稳能力.

2）井下试验证明，当区段煤柱为3 m时，巷道围岩变形较小，其原因是巷道处于工作面两端固定支承压力的降低区内.为此，可确定2＃煤沿空掘巷锚网支护区段煤柱为3 m.

3）适当加大锚索的初张力，提高支护系统的刚度，发挥锚杆锚索的协同作用，增强围岩的稳定性，阻止上位岩层的移动.

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Abstracts：For determining the width of coal pillar along the developing road of No2 Coal Seam with support of roof bolt grid，the tests of roof bolt grid support have been carried out with width range of pillars from 3m，5m to 7m，and observation and analysis of develop movement to roof separate level sink，two sides displacement and roof bolt bolting force impact have been taken on each range of pillar.As a result，3m width range of pillar is reasonable as a purpose of saving coal resource and offering technical safety of coal mining.

key words：small coal pillar；width；support of roof bolt grid

〔编辑 石白云〕

Test Research on Roofbolt Grid Support with Setting up Small Coal Pillar on Developing Road

Wei Sheng－li
（School of Engineering，Shanxi Datong University，Datong Shanxi，037003）

TD822＋.3

A

1674－0874（2010）05－0067－03

2010－07－22

魏胜利（1967－），男，陕西华县人，副教授，研究方向：巷道支护及煤矿安全生产.