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　　沿空掘巷是在鄰近工作面采空區(qū)上覆巖層活動(dòng)基本穩(wěn)定區(qū)掘進(jìn)巷道。留小煤柱沿空掘巷，巷道位于應(yīng)力降低區(qū)，也避開(kāi)了鄰近工作面回采后上覆巖層強(qiáng)烈活動(dòng)的影響，縮短了巷道維護(hù)時(shí)間，降低了巷道維護(hù)費(fèi)用，提高了采區(qū)煤炭回收率，通過(guò)合理設(shè)計(jì)預(yù)留煤柱，采取合理的支護(hù)技術(shù)可以保證巷道在掘進(jìn)及掘后圍巖變形較小。目前，小煤柱沿空掘巷掘進(jìn)得到廣泛應(yīng)用，小煤柱起到擋矸、防漏風(fēng)的作用，解決了完全沿空掘巷存在的問(wèn)題。

 

　　1小煤柱沿空掘巷變形特點(diǎn)與煤柱尺寸設(shè)計(jì)

 

　　1.1采空區(qū)邊緣應(yīng)力分布上區(qū)段工作面回采后，圍巖應(yīng)力重新分布，在本工作面靠近采空區(qū)的煤層中產(chǎn)生側(cè)向支承壓力，其沿傾斜方向的應(yīng)力分布較為復(fù)雜。由于支承壓力的作用，在煤體邊緣產(chǎn)生破碎區(qū)與塑性區(qū)，出現(xiàn)應(yīng)力降低區(qū)。沿穩(wěn)定的采空區(qū)邊緣掘進(jìn)巷道，雖然圍巖處于應(yīng)力降低區(qū)，但圍巖比較破碎，對(duì)煤柱尺寸的選擇與巷道支護(hù)形式提出要求，保證圍巖能形成一定承載能力的支護(hù)整體。多個(gè)礦區(qū)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，小煤柱沿空掘巷的變形和破壞的特點(diǎn)為：掘進(jìn)期間巷道圍巖變形量較小，而受到本工作面采動(dòng)影響后，巷道圍巖變形明顯加大；相對(duì)于頂?shù)装逡平浚瑖鷰r變形以兩幫為主，變形特征只是向巷內(nèi)擠入；在頂?shù)装逡平恐?，掘進(jìn)期間以頂板下沉為主，而在受采動(dòng)影響時(shí)，巷道底鼓明顯大于頂板下沉。

 

　　1.2煤柱寬度與巷道圍巖變形的關(guān)系理論研究和實(shí)踐表明，圍巖變形在煤柱寬度10m左右存在最大值。隨著煤柱寬度增加或減少，圍巖變形量都在逐漸減少，而且圍巖越軟，這種趨勢(shì)越明顯，護(hù)巷煤柱寬度應(yīng)有一定的取值范圍（一般取3～5m）。

 

　　1.3小煤柱變形的影響因素沿空掘巷小煤柱的基本特點(diǎn)是：煤柱垂直變形較小，主要表現(xiàn)為水平變形強(qiáng)烈。在恒定載荷作用下，水平變形因煤柱兩側(cè)的變形破壞程度和約束情況不同而呈現(xiàn)明顯的不對(duì)稱性。小煤柱寬度不同時(shí)，其水平位移和垂直位移有較大差別。影響小煤柱變形的因素很多，包括巷道埋深、煤柱高度、煤柱強(qiáng)度等。在特定的小煤柱尺寸和錨桿支護(hù)條件下，以下幾個(gè)方面為影響小煤柱變形的主要因素：①巷道上覆巖層活動(dòng)是否穩(wěn)定。當(dāng)上覆巖層處于運(yùn)動(dòng)和不穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致小煤柱載荷增加，變形進(jìn)一步加大；而上覆巖層處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，作用于小煤柱上的載荷可認(rèn)為是恒定的，小煤柱變形只與其承載能力有關(guān)，變形不是很強(qiáng)烈。②小煤柱支護(hù)強(qiáng)度。錨桿支護(hù)可提高錨固范圍內(nèi)煤體強(qiáng)度，為小煤柱提供一定的側(cè)向約束，增強(qiáng)小煤柱承載能力，在一定程度上抑制小煤柱向巷道內(nèi)移動(dòng)。③小煤柱的破壞程度。小煤柱處于上區(qū)段工作面采空側(cè)的煤體中，在其寬度范圍內(nèi)遭受了不同程度的破壞。破壞程度越大，煤柱的穩(wěn)定性越差。

 

　　1.4小煤柱合理寬度設(shè)計(jì)

 

　　1.4.1設(shè)計(jì)原則沿空掘巷采用錨桿支護(hù)，合理的小煤柱寬度的確定應(yīng)遵循以下幾個(gè)原則：①錨桿可施工原則。小煤柱采用錨桿支護(hù)時(shí)，錨桿能錨固在煤柱中這就要求煤柱寬度應(yīng)至少大于錨桿長(zhǎng)度。②處于應(yīng)力降低區(qū)原則。在條件允許的情況下巷道寬度與小煤柱寬度之和，應(yīng)盡量布置在應(yīng)力降低區(qū)。③保證錨桿錨固效果原則。小煤柱不可避免地出現(xiàn)塑性變形和一定程度的破壞是因?yàn)槭苌蠀^(qū)段工作面回采及巷道掘進(jìn)的影響。如果煤柱過(guò)窄，可能使錨桿安設(shè)在破碎煤層中，致使錨桿錨固力減弱，支護(hù)作用降低。合理煤柱寬度時(shí)，是保證錨桿錨固端處于較好的煤體中，提高錨桿錨固力，真正發(fā)揮錨桿的支護(hù)作用的重要因素。④預(yù)留巷道變形原則。在設(shè)計(jì)巷道斷面時(shí)，應(yīng)充分考慮巷道變形量，沿空掘巷合理小煤柱寬度不僅要能保證巷道圍巖的穩(wěn)定性，圍巖變形量還應(yīng)能夠滿足生產(chǎn)要求。⑤提高煤炭回收率原則。沿空掘巷采用錨桿支護(hù)，小煤柱在滿足以上要求時(shí)，寬度應(yīng)當(dāng)盡可能小，以此來(lái)提高煤炭回收率。

 

　　1.4.2理論計(jì)算法根據(jù)上述小煤柱設(shè)計(jì)原則，采用煤幫兩幫煤體應(yīng)力和極限平衡理論，可按合理煤柱寬度計(jì)算簡(jiǎn)圖圖1計(jì)算合理的最小護(hù)巷煤柱寬度B：

 

　　B=x1+x2+x3

 

　　式中x1—上區(qū)段工作面開(kāi)采在煤柱中產(chǎn)生的塑性區(qū)寬度，（m）；x2—錨桿錨入煤柱的深度，（m）；x3—安全系數(shù)，x3=（0.15～0.35）（x1+x2），（m）。

 

　　x1可用下式計(jì)算：x1=■ln■

 

　　式中，m—上區(qū)段平巷高度，（m）；A—側(cè)壓系數(shù)，A=■，u為泊松比；φ■—煤體內(nèi)摩擦角（°）；C0—煤體黏聚力，（MPa）；k—應(yīng)力集中系數(shù)；H—巷道埋深，（m）；γ—巖層重力密度，（MN/m3）；P0—上區(qū)段平巷支架對(duì)下幫的支護(hù)阻力，（MPa）。

 

　　對(duì)于中等穩(wěn)定圍巖的沿空掘巷，B值一般為4m左右。

 

　　1.5小煤柱沿空掘巷支護(hù)原則小煤柱沿空掘巷的服務(wù)年限大體較短，本區(qū)段工作面回采完畢后即停止工作，允許巷道有較大變形，前提是圍巖不發(fā)生破壞失穩(wěn)和斷面滿足生產(chǎn)要求。因此，在支護(hù)原理與支護(hù)設(shè)計(jì)方面應(yīng)考慮一下原則：①減少圍巖松散變形，以支護(hù)形式與參數(shù)應(yīng)能適應(yīng)沿空掘巷的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律。②保持頂板的完整性。沿空掘巷頂板一般比較破碎，所以要保持頂板的整體性，應(yīng)采用高強(qiáng)度、高剛度的組合錨桿支護(hù)系統(tǒng)。③提高小煤柱的承載能力與穩(wěn)定性。要求錨桿支護(hù)系統(tǒng)具有較高的預(yù)緊力和強(qiáng)度，向煤柱提供較大的支護(hù)阻力，以便提高煤柱強(qiáng)度和整體承載能力。④減少實(shí)體煤幫的變形。導(dǎo)致實(shí)體煤幫位移量很大的原因是實(shí)體煤幫在掘巷及本工作面回采影響時(shí)承受較大的垂直集中應(yīng)力。所以，采用高強(qiáng)度、高剛度的組合錨桿支護(hù)系統(tǒng)，注重底腳錨桿的布置是沿空掘巷實(shí)體煤幫支護(hù)應(yīng)該注意的。
 

 

　　朱家河煤礦14520工作面為較大采高（3.2～4.0）綜采工作面，運(yùn)輸巷埋深230m。巷道沿5號(hào)煤層底板掘進(jìn)，沿空側(cè)護(hù)煤柱寬度4m，屬小煤柱沿空掘巷。

 

　　2.1巷道地質(zhì)與生產(chǎn)條件5號(hào)煤層平均厚度4.0m，平均傾角11°。深灰色粉砂巖為直接頂板，厚度2.5m，層理發(fā)育；它上面是7.5m厚的淺灰色中砂巖，以斜層理為主。

 

　　再上為褐色粉砂巖，厚約15m，含鋁土質(zhì)和植物化石。5號(hào)煤層直接底板為深灰色粉砂巖，厚約0.5m；其下為淺褐色細(xì)砂巖，厚約2.5m，膠結(jié)致密。巷道斷面為矩形類，頂板傾斜。寬度3.5m，中高3.5m。

 

　　2.2錨桿支護(hù)參數(shù)①頂板支護(hù)：W鋼帶組合錨桿支護(hù)。錨桿為超高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿，直徑22mm，長(zhǎng)2.4m，極限拉斷力為312kN，延伸率19%。全長(zhǎng)錨固，采用一只Z2388樹(shù)脂藥卷。W鋼帶寬220mm，長(zhǎng)3.3m，厚2.5mm。使用菱形金屬網(wǎng)護(hù)頂。5根錨桿為一排，間距為600～900mm，排距達(dá)到900mm。②煤幫支護(hù)：錨網(wǎng)支護(hù)。高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿作為錨桿，直徑22mm，長(zhǎng)1.8m，極限拉斷力228kN，延伸率26%。錨固方式為全長(zhǎng)錨固。采用塑料網(wǎng)護(hù)幫。每幫4根錨桿，低幫錨桿間距800mm，高幫間距1000mm。

 

　　2.3支護(hù)效果高強(qiáng)度錨桿支護(hù)的點(diǎn)是提高了板巖層的整體性和剛度，高效率地控制頂板早期離層，大大增強(qiáng)巷道圍巖的穩(wěn)定性，從而使巷道在服務(wù)期間一般不需要維修。高強(qiáng)度錨桿支護(hù)與工字鋼支架相比，大幅度減少了巷道掘進(jìn)和回采期間的頂板及兩幫變形量。高強(qiáng)度錨桿支護(hù)巷道與普通錨桿支護(hù)、礦用工字鋼支架巷道相比頂板下沉量分別降低了43%和59%。

 

 

　　高強(qiáng)度錨桿支護(hù)簡(jiǎn)化了綜采工作面的端頭支護(hù)和超前支護(hù)工藝，首先提高了巷道掘進(jìn)速度。試驗(yàn)巷道采用了新的施工工藝，減少了傳統(tǒng)錨桿支護(hù)的多道施工工序，實(shí)現(xiàn)了鉆頂板錨桿空、攪拌樹(shù)脂藥卷和安裝錨桿一體化，從根本上改變了掘進(jìn)機(jī)割煤與錨桿鉆孔、安裝不平衡的現(xiàn)象。其次有利于回采工作面快速推進(jìn)。高強(qiáng)度錨桿支護(hù)大大簡(jiǎn)化了回采工作面的端頭支護(hù)及上下巷的超前支護(hù)工藝。三是綜合經(jīng)濟(jì)效益顯著。因此，采用高強(qiáng)度錨桿支護(hù)可以使煤巷取得了很大的收入。

 

 

　　①小煤柱沿空掘巷錨桿支護(hù)技術(shù)項(xiàng)目在煤礦生產(chǎn)中已廣泛推廣使用。該項(xiàng)技術(shù)縮短了巷道維護(hù)時(shí)間，降低了維護(hù)費(fèi)用，提高了煤炭資源回收率，是一項(xiàng)行之有效的實(shí)用技術(shù)項(xiàng)目。②小煤柱起到擋矸、防漏風(fēng)作用，解決了完全沿空掘巷存在的問(wèn)題。③在小煤柱錨桿布置上，應(yīng)注意兩個(gè)問(wèn)題。一是適當(dāng)加大錨桿密度，以保證錨桿錨固范圍內(nèi)圍巖穩(wěn)定。二是合理布置拱角錨桿安裝角度，對(duì)控制小煤柱變形很有好處。④沿空掘巷一般在臨近工作面采完、采空區(qū)頂板巖層活動(dòng)大體穩(wěn)定后進(jìn)行，影響工作面正常接續(xù)時(shí)間，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況而定。