综放沿空掘巷掘进期间实践分析

岳帅帅

摘 要：随着锚杆支护技术的应用，留设小煤柱护巷成为沿空掘巷技术的主要发展方向之一。为解决塔山矿留设大煤柱所带来的煤柱损失严重、巷道矿压显现强烈等问题，在塔山矿二盘区8204工作面进行综放沿空掘巷试验研究，得出留6 m小煤柱时巷道处于应力降低区，巷道在掘进期间保持了较高的稳定性。

关键词：综放开采；沿空掘巷；小煤柱

中图分类号：TD353 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）30-0177-02

煤矿开采过程中，为了防止采动支承压力的影响，巷道采用煤柱护巷的方法。矿压观测说明，随着开采深度增加，护巷煤柱的尺寸变的越来越大，其结果不仅使煤炭损失变大，且残留的护巷煤柱，还会导致岩（煤）层压力增加，使煤与瓦斯突出以及冲击地压发生的危险性增大。同煤塔山矿主采石炭系的3～5#煤层，煤层厚8.36～29.21 m，平均17.52 m，采用综采放顶煤。塔山矿在煤层开采过程中，长期采用留大煤柱护巷的方法，煤柱宽度38～45 m，以减缓相邻工作面支承压力的影响。但大采高综放开采，一次开采高度达到15～18 m，带来如下问题：①巷道位于应力增高区，维护巷道所需支护强度高，具有冲击危险性。②超前支承压力影响区内矿压显现强烈。③采出率低。工作面煤柱损失达到20%～30%，资源浪费严重。为克服这些弊端，提高煤炭的采出率，保证安全生产。在塔山矿二盘区8204工作面进行综放沿空掘巷试验研究。

1 工作面地质条件

8204工作面布置在二盘区东部，邻近8206工作面布置，与二盘区回风巷、皮带巷和辅运巷联通。8204工作面走向长 1 005m，倾向长162 m，工作面埋480～533 m左右，开采3～5#煤层，全煤厚度11.81～17.76 m，平均14.83 m。煤层中含2～16层夹矸，厚度为1.35 m。煤层局部受煌斑岩侵入影响硅化，变质，煤层倾角1～3 °。8204工作面的5204巷用留6 m小煤柱沿空掘巷，如图1所示。

2 沿空巷道支护条件

2.1 巷道断面设计

5204巷用沿空掘巷技术进行试验研究，留6 m煤柱。设计为矩形断面，宽5.2 m，高3.6 m，支护形式为锚杆、钢带、锚索组合钢梁、组合锚索、金属网联合支护。防止8206采空区气体外泄，对巷道全断面进行喷浆加固。全巷道铺底厚度0.2 m。支护如图2所示。

2.2 支护材料

顶板锚杆为φ22 mm×2 500 mm的左旋无纵筋螺纹钢锚杆、每排布置7根锚杆，排间距为800×800 mm、W型钢带及金属网护表，W型钢带为5 100×280×3.75 mm。

帮锚杆为φ22 mm×2 000 mm的左旋无纵筋螺纹钢锚杆、每排各布置4根锚杆，排间距为800×900 mm、W型钢带及金属网护表，W型钢带为450×280×4.75 mm。

锚索为φ22 mm×8 300 mm，锚索吊4.5 m长JW型高强度钢带及金属网护表，每排布置3根锚索，排间距1 600×2 000 mm；两腮布置 φ22 mm×4 300 mm的肩角锚索，排拒1 600 mm。

在巷道正中布置一排组合锚索，组合锚索使用5根锚索，中间是1根φ22 mm×10 300 mm，四周分别是2根φ22 mm×6 300 mm和2根φ22 mm×8 300 mm，成对角布置，组合锚索间距2.4 m。

通过使用JW高强度钢带、组合锚索、耦合让均压锚杆，较以往邻空巷道支护强度和密度有大幅提高，每米锚杆数量达到15根，每米锚索数量达到6根。

3 沿空巷道掘进期问题分析

3.1 巷道表面位移

为了掌握巷道表面位移变化情况，进行位移监测。对巷道变形持续观测，主要利用钢尺和塔尺采用“十”字交叉法对巷道进行观测。布置A测区，测区内布置10个测点，每个测点相距 10 m，测区距停采线80 m。

根据监测的结果，绘制出A测区的两帮和顶底板位移曲线图，如图3、图4所示。从图中可以看出两帮、顶底板最大移近量分别为64 mm、53 mm。巷道变形量较小，说明现有的支护强度对围岩变形控制较好。

3.2 相邻采空區气体变化

5204巷道于2014年6月3日开口掘进，8月17日，进入小煤柱掘进阶段。根据5206巷停采线束管监测数据显示：8206工作面自封闭以来，瓦斯浓度在25%～27%之间；5204巷开始掘进后，8206采空区气体开始逐渐发生变化，尤其在巷道掘进至小煤柱后，采空区气体波动较为明显。

巷道开掘后，瓦斯浓度出现明显的升高和降低变化，目前保持在15%左右。采空区气体浓度变化的直接原因是5204巷掘进期，小煤柱裂隙导通采空区，漏风通道增加所致。

①采取向采空区注氮气。注氮一方面可以降低采空区内的氧气浓度，遏制采空区煤体自燃；另一方面平衡采空区与5204巷之间的压差，减少气体流动，进而达到防止煤体自燃目的。

②采取向采空区灌注黄土固结剂。当黄土固结剂浆液中加入激发剂后，将会加快化学反应速度，转变成具有一定强度的结石体。结石体充填于煤体裂隙和采空区空间，使得采空区和小煤柱隔离开来。

4 与同时期掘进巷道相比较

8216工作面的5216巷是留38 m大煤柱护巷。掘进期巷道变形，如图6所示。

从图中可以看出，5216巷两帮、顶底板最大移近量分别为190 mm，139 mm。相对于5204巷，围岩变形量较大，说明留 38 m煤柱时，5216巷处于应力增高区，受较大的侧向支撑压力，使巷道发生较大的变形。表明5204巷处于应力降低区，掘进时受较小的侧向支撑压力，加之使用锚网索联合高强度支护体系，使巷道围岩发生较小变形，巷道围岩控制效果良好。

5 结 语

①塔山矿8204工作面的5204巷采用6 m小煤柱沿空掘巷，在掘进期两帮、顶底板最大移近量为64 mm、53 mm，巷道围岩变形控制效果较好。

②向8206采空区注氮气和黄土固结剂有效地平衡采空区与5204巷之间的压差，减少采空区与5204巷内气体流动，达到防止煤体自燃目的。

③与同时期掘进巷道相比较，5204巷的围岩变形量要是5216巷的1/3，说明5204巷较5216巷处于应力降低区，加之巷道采取高强度支护，使整个掘进期巷道处于较稳定状态。

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