窄煤柱沿空掘巷围岩控制技术

路 遥

（山西煤炭运销集团盖州煤业有限公司，山西 高平 048400）

沿空掘巷作为窄煤柱 （一般小于8～10 m）护巷技术，能够减少资源浪费，提高回采率[1]。同时，掘巷时巷道处于采空区应力降低区，有利于提高掘巷时的稳定性[2]。 国内外一些学者认为沿空掘巷留设窄煤柱， 相对与宽煤柱巷道掘进受动压影响更剧烈， 煤柱和巷道围岩变形破坏程度较宽煤柱大得多，但是这些结论都是在浅部开采、薄及中厚煤层巷道基础上研究总结的[3-5]。随着工作面开采深度的增加，通过机械化施工和合理支护，不能完全通过原有结论认识沿空掘巷的稳定性[6]。 对沿空掘巷来说，需要留设合理煤柱尺寸和优化支护参数来提高巷道的承载能力和稳定性，保证矿井的安全生产。

1 工作面概况

盖州煤业9100 工作面东部为9101 工作面（已回采），西部为未开采区域，南部为井田边界，北部为9#回风大巷。 工作面主采9 号煤层， 平均厚度1.7 m， 平均倾角1°～7°。 工作面上部存在3 号煤层采空区，距离9 号煤层厚度平均为50 m。 工作面直接顶为砂质泥岩，直接底为粉砂岩。 9100 工作面回风顺槽沿着9101 工作面采空区掘进， 掘进至50 m处遇落差0.5 m的F4断层，掘进至200 m处遇落差2 m的F5断层，对巷道掘进的稳定性有一定影响。

2 煤柱宽度确定

2.1 模拟方案

采用UDEC模拟9100 工作面回风顺槽分别留设3 m、5 m、8 m、18 m煤柱尺寸时，煤柱和巷道围岩变形破坏情况， 从而确定沿空掘巷合理煤柱尺寸。 根据9100 工作面地质条件，建立200 m×35 m的力学模型，施加5.75 MPa大小的垂直应力，材料参数见表1。

表1 9100 工作面回风顺槽材料参数

图1 不同煤柱围岩破坏

2.2 模拟结果分析

当回风顺槽与9101 工作面采空区留设不同宽度煤柱时，围岩破坏情况见图1。

由图1 可知， 当回风顺槽沿着采空区掘进，留设不同煤柱尺寸煤柱及巷道围岩破坏形式不同。 当留设3 m煤柱时， 受采空区影响煤柱内部出现裂隙，整体变形破坏严重，失去承载能力，近煤柱侧巷道围岩变形破坏大，对施工有较大影响。 当留设5 m煤柱时，相对于3 m来说，煤柱和巷道围岩变形破坏有了明显的减小， 近采空区侧煤柱出现裂隙，近回风顺槽侧受采空区影响小， 裂隙发育不明显，巷道围岩变形小，对施工影响小。 当留设8 m煤柱时，煤柱和巷道围岩变形破坏与留设5 m煤柱时相近，没有更明显改善。 当留设18 m煤柱时，煤柱近巷道侧几乎不出现裂隙， 虽然能保证巷道的稳定性，但是造成了资源浪费。 回风顺槽留设不同煤柱宽度时，煤柱变形破坏量见图2。

图2 不同煤柱尺寸破坏

由图2 可知，9100 回风顺槽随着留设煤柱尺寸的增加， 煤柱两侧变形量呈现先增加后减小的趋势。 当留设3 m煤柱时，煤柱位于垂直应力破碎区，变形量大，近巷道和近采空区侧煤柱变形量分别为600 mm、400 mm；当留设5 m煤柱时，煤柱位于垂直应力塑性区， 变形量较3 m煤柱有了明显改善，近巷道和近采空区侧煤柱变形量分别为180 mm、240 mm；当留设8 m煤柱时，变形量与5 m煤柱差别不大，近巷道侧垂直应力相对较大，近巷道和近采空区侧煤柱变形量分别为190 mm、246 mm；当留设8 m煤柱时，煤柱位于垂直应力弹性区，近采空区侧煤柱变形破坏大，近巷道和近采空区侧煤柱变形量分别为260 mm、246 mm， 煤柱变形量比5 m煤柱时大，同时造成了资源的浪费。因此，9100 工作面回风顺槽留设5 m煤柱，沿9101 工作面采空区掘进最优。

3 支护参数确定

9100 工作面回风顺槽沿空掘巷，在选择合理的煤柱尺寸后，需要加强对沿空巷道支护，提高巷道的承载能力和稳定性。

3.1 锚网索支护

9100 工作面回风顺槽采用锚网索的支护方式，根据9100 工作面顶板性质， 确定最合理的支护参数。

表2 回风顺槽锚网索支护参数

沿空巷道采用锚网索支护时， 应安全施工，严控空顶距，原则上不应大于2 排锚杆排距。 巷道锚索支护后，应当采用Φ14 mm的圆钢焊制的钢筋梯子梁和锚杆组合，形成承载结构，提高巷道支护的强度。

3.2 注浆加固

9100 工作面回风顺槽采用锚网索支护后，虽然能够提高巷道围岩的承载能力， 但是工作面回采后，受动压影响，巷道仍会出现变形破坏，造成返修。 因此，需要对巷道进行注浆加固，进一步提高围岩的强度。

回风顺槽支护时选用注浆锚杆，使锚固与注浆相结合施工。 选用QB152 型便携式注浆泵，注浆液采用一定比例水泥、黄沙、石子混合制成，通过注浆锚杆分别为顺槽顶板和两帮进行注浆加固施工，施工参数见表3。

表3 9100 工作面回风顺槽注浆加固参数

注浆压力应当大于5 MPa以上，注浆施工应当保证注浆液能够深入围岩裂隙，保证巷道围岩形成整体，减小围岩松动圈，提高巷道围岩的承载能力。

4 支护效果检验

9100 工作面回风顺槽选择合理支护方式和参数后， 需要通过监测巷道围岩变形量验证支护效果。 巷道掘进后，每间隔20 m在巷道布置一个位移测站，监测巷道围岩变形量，监测结果见图3。

图3 巷道围岩变形量

由图3 可知，9100 工作面回风顺槽采用锚网索和注浆加固后，在观测的时间范围内，巷道的围岩变形量有了明显的减小。在观测120 d内，回风顺槽顶帮围岩顶、帮变形量分别为35 mm、28 mm，不足以影响工作面的施工。 由此可知，支护取得了良好的效果，有效减小了沿空巷道的围岩变形量。

5 结语

1）以盖州煤业9100 工作面回风顺槽为研究对象， 采用UDEC 模拟9100 工作面回风顺槽分别留设3 m、5 m、8 m、18 m煤柱时，煤柱和巷道围岩变形破坏情况。 根据模拟结果可知，当留设5 m煤柱时，既能保证巷道的稳定性，又能减小资源的浪费。

2）回风顺槽沿空掘巷留设合理煤柱尺寸后，通过采用合理的支护方式和参数进一步提高巷道围岩承载能力。 回风顺槽通过采用锚网索和注浆加固的支护形式，增强支护强度，分别设计了支护和注浆的最优参数。 通过监测巷道围岩变形量验证支护效果，根据监测结果可知，5 m煤柱、锚网索支护、注浆加固相结合的方式有效提高了沿空掘巷巷道的稳定性。