华阳一矿小煤柱孤岛工作面回采巷道围岩支护优化研究.pdf

第46 卷第9期2023年9月采矿与井巷工程华阳一矿小煤柱孤岛工作面回采巷道围岩支护优化研究煤炭与化工Coal and Chemical IndustryVol.46 No.9Sep.2023赵晋龙（山西华阳集团新能源股份有限公司，山西阳泉0 450 0 0）摘要：以华阳一矿12 0 6 2 下巷围岩为研究对象，针对小煤柱孤岛工作面回采巷道受采动影响显著、围岩应力集中、裂隙发育、煤柱承载能力差等因素影响，导致巷道围岩变形量较大的问题，提出采用锚索补强（充分发挥锚索主动支护效果）、架棚（单体柱+T型钢、一梁三柱）进行支护，并具体给出支护方案。经现场应用后，12 0 6 2 下巷顶底板、巷帮变形量最大为378mm、46 0 m m，围岩变形量可满足12 0 6 2 综采工作面安全回采要求，优化支护围岩控制效果显著。关键词：小煤柱；孤岛工作面；采动压力；回采巷道；围岩支护中图分类号：TD35文献标识码：B文章编号：2 0 95-597 9（2 0 2 3）0 9-0 0 33-0 3Study on optimization of surrounding rock support inmining roadway of small coal pillar isolated working facein Huayang No.1 Coal MineZhao Jinlong(Shanxi Huayang Group New Energy Co.,Ltd,Shanxi Yangquan 045000,China)Abstract:Taking the surrounding rock of 12062 lower roadway in Huayang No.1 Coal Mine as the research object,aimingat the problem that the mining roadway of small coal pillar island working face is significantly affected by mining,stressconcentration of surrounding rock,fracture development,poor bearing capacity of coal pillar and other factors,resulting inlarge deformation of surrounding rock of roadway,this paper puts forward the support of anchor cable reinforcement(givingfull play to the active support effect of anchor cable)and shed(single column+T steel,one beam and three columns),and gives the support scheme in detail.After field application,the maximum deformation of the roof,floor and side of 12062lower roadway is 378 mm and 460 mm.The deformation of surrounding rock can meet the requirements of safe mining of12062 fully mechanized mining face,and the control effect of optimized supporting surrounding rock is remarkable.Key words:small coal pillar;island working face;mining pressure;mining roadway surrounding rock support更大。为此，众多的学者及工程技术人员对孤岛工0 引言作面回采巷道围岩控制方面展开大量研究，其中骆为避免生产与接替采面间的干扰以及便于瓦斯、煤层自燃灾害治理，井下部分采面采用跳采方式，从而会遗留有两侧均为采空区的孤岛工作面。与正常的采面回采不同，孤岛工作面两侧均为采空区，导致采面出现一定程度的应力集中，加之采面回采扰动影响，导致回采巷道围岩变形量较大，特别是孤岛工作面留设小煤柱护巷时，围岩控制难度责任编辑：张彤D0I：10.192 8 6/j.c n k i.c c i.2 0 2 3.0 9.0 0 8作者简介：赵晋龙（198 4一），男，河北井人，工程师。引用格式：赵晋龙.华阳一矿小煤柱孤岛工作面回采巷道围岩支护优化研究 J.煤炭与化工，2 0 2 3，46（9）：3335，39.驰等针对永煤陈四楼矿孤岛工作面现场地质条件构建数值模拟及相似模拟模型，综合分析发现窄煤柱在维护巷道围岩稳定方面起着重要作用，煤柱宽度超过5m后随着煤柱宽度增加煤柱内应力集中系数变化不明显，同时孤岛工作面采用全锚索支护可有效维持巷道围岩稳定；崔守臣等通过模拟试验、钻孔窥视等分析孤岛工作回采巷道变形，发现孤岛工332023年第9期作面围岩松动圈破碎程度最为严重区域为采空区侧煤柱、其次为巷道顶板、最后为采面帮，巷道变形破坏最为薄弱环节为顶板及采空区侧煤柱。在前人研究的基础上，对山西华阳一矿12 0 6 2孤岛工作面支护问题进行研究。12 0 6 2 下巷与12041采空区间留设有6 m保护煤柱，12 0 6 2 上巷与12 0 8 1采空区留设有2 5m保护煤柱，此次研究以12 0 6 2 下巷围岩控制为背景，对小煤柱孤岛工作面回采巷道围岩支护技术进行探讨，以期为其他矿井类似采面回采巷道支护工作开展提供经验借鉴。1工作面概况1.1地质概况华阳一矿12 0 6 2 综采工作面回采12 号煤层，煤层为优质煤，具有低硫、低灰、发热量高等优点，开采经济效益十分显著。12 0 6 2 综采工作面位于矿井二采区南翼，采面北侧及南侧均为回采完毕的采空区，12 0 6 2 上巷及12 0 6 2 下巷分别留设6 m、25m保护煤柱，采面东侧为采区边界（实体煤）、西侧为采区集中巷道，具体位置如图1所示。208Y采空区12062.上巷F24a12062综采工作面12062下巷.120411上巷图112 0 6 2 综采工作面位置示意Fig.1 Location of 12062 fully mechanized mining face12062综采工作面回采的12 号煤层埋深均值390m，煤厚2.2 2.6 m、倾角0 8，设计推进长度995m、斜长148.4m。12 号煤层上覆有厚01.5m的砂质泥岩伪顶，直接顶为厚度3.16 m的粉砂质泥岩，基本顶为厚度2.11m的砂岩；煤层直接底为厚度3.8 7 m的粉砂质泥岩、基本底为5.98 m 石灰岩。1.212062下巷支护参数及围岩变形情况12062下巷沿着回采的12 号煤层底板掘进，断面为矩形，净宽40 0 0 mm、净高2 6 0 0 mm，净面积为10.4m。围岩采用锚网索梁支护，详细支护参数见表1。但在实际回采过程中，巷道受采动影响，12062下巷围岩变形量较大。对12 0 6 2 下巷围岩变形特征情况进行现场观测，发现围岩变形呈现以下特点：12 0 6 2 下巷掘进期间围岩集中应力现场明显34煤炭与化工且持续时间长，巷道掘进并支护完成后顶底板、巷帮均有较大变形，其中巷帮变形量超过顶底板变形量的2 倍以上；巷道底鼓问题也较为突出，靠近煤柱位置底鼓量更大，给巷道正常使用带来影响；12062工作面回采期间，12 0 6 2 下巷受采动影响显著，巷道围岩变形量较大，监测得到巷道顶板、底板、两帮最大位移量分别为56 2、48 0、96 5mm，巷道顶板出现不同程度离层。因此，为确保12 6 0 2 工作面顺利回采以及12062下巷围岩稳定，需要针对12 0 6 2 下巷围岩特点及变形特征进行巷道支护优化。表112 0 6 2 下巷围岩支护参数Table 1 12062 roadway surrounding rock support parameters支护材料20 2 000(顶板)锚杆1 100 800(两帮)锚索1 600 2.400托盘2 600 1 100(顶板)金属网1 300/12001 000(两帮)4 100 60 800(顶板)钢筋梯子梁2.30060800(两帮)XFU2小煤柱孤岛工作面回采巷道支护优化2.1回采巷道围岩裂隙发育情况随着12 0 6 2 孤岛工作面回采的推进，护巷小煤12041彩区柱内部裂隙发育，12 0 6 2 下巷在应力集中作用下围岩容易出现裂隙发育、顶板离层以及错动等情况。为此，实现小煤柱孤岛工作面回采巷道围岩控制的关键在于确保巷道顶板、巷帮稳定（由于巷道使用时间段，底板可允许一定变形，后续通过修整即可满足使用需要）；在强化回采巷道围岩支护整体支护的同时，强化煤柱承载能力，避免煤柱变形量过大引起顶板离层情况。在12 0 6 2 下巷使用KMT矿用钻孔成像仪窥视巷道围岩裂隙扩展情况。窥视发现巷道顶板上方1.5m范围内岩体裂隙发育；采空区帮及回采巷1.65m、1.35m 范围内裂隙发育。由于钻孔窥视尚未受到12 0 6 2 工作面采动影响，12 0 6 2 下巷支护用的锚杆均有效，但是当巷道处于12 0 6 2 工作面采动采动影响范围内时，围岩裂隙进一步扩展，会导致巷道原有锚杆支护失效。2.2回采巷道补强加固方案根据上述12 0 6 2 下巷围岩变形特征研究以及现场地质条件，并结合以往巷道支护经验，决定采用第46 卷间排距/mm规格/mm900 800(顶板)182 000(两帮)17.8 5 000(顶板)150 150 1060 6012赵晋龙：华阳一矿小煤柱孤岛工作面回采巷道围岩支护优化研究以下补强加固方案。2.2.1锚索补强加固在12 0 6 2 下巷顶板巷中位置增加布置1根锚索，与原有的顶锚索形成“一二一”，补强用的锚索规格为17.8mm5000mm的预应力锚索，锚索排距为2 40 0 mm；为控制小煤柱变形，在煤柱帮补打2 根规格为17.8mm3500mm的预应力锚索，锚索布置间距、排距均为16 0 0 mm。12 0 6 2下巷顶板及煤柱帮补强锚索布置如图2 所示。O原锚索2.400补打锚索。8800(a)顶板补强1600补打索。8000（b）煤柱帮补强图2 12 0 6 2 下巷补强锚索布置示意Fig.2 Arrangement of reinforcing anchorcable in 12062 lower roadway2.2.2架棚超前支护在12 0 6 2 下巷超前12 0 6 2 采面8 0 m范围内，使用单体柱+型梁按照“一梁三柱”方式进行超前支护。由于12 0 6 2 下巷底板为承载能力及强度较低的粉砂质泥岩，为减少甚至避免单体柱穿底，在单体柱上均穿铁鞋。超前支护用的棚梁按照8 0 0mm间距布置，由于靠近采空区煤柱侧顶板及底板变形量较大，在靠近采空区布置2 排单体柱，在靠近采面帮布置1根单体柱。12 0 6 2 下巷超前支护布置如图3所示。800图312 0 6 2 下巷超前支护布置示意Fig.3 12062 lower roadway advance support layout schematic3巷道支护效果为验证小煤柱孤岛工作面回采巷道围岩支护效2023年第9期果，在12 0 6 2 下巷超前支护开始位置（即与采面相距8 0 m处）布置测点，对巷道顶底板、巷帮位移量进行持续监测，具体监测结果如图4所示。500+-顶底板位移量/mm450+两帮位移量/mm400uUu/3503002502001501005008070605040330201050图4围岩变形量监测曲线Fig.4 Surrounding rock deformation monitoring curve4从围岩变形监测曲线可以看出，随着测点与采O面间距不断缩小，巷道顶底板、巷帮位移量呈不断增加趋势。当测点与采面间距在50 m以内时，巷道受采动影响较为明显，巷道围岩变形量增加较009快；当采面推进至测点位置时，监测得到顶底板、2巷帮最大位移量分别为37 8 mm、46 0 m m，顶底板及巷帮围岩变形量较原支护方案时（顶底板10 42mm、96 5m m）分别降低约6 3.7%、52.3%，优化支护后的12 0 6 2 下巷围岩变形量可满足采面安全回采的要求。4 结 论（1）12 0 6 2 综采工作面为孤岛工作面，12 0 6 2下巷与邻近的12 0 41采空区间仅留设6 m保护煤柱，12 0 6 2 下巷在邻近采空区侧向应力以及本采面采动压力等叠加影响下出现围岩严重变形问题，围岩变形呈现明显的非对称特征，其中靠近煤柱侧顶底板变形量大、巷帮变形严重。（2）根据12 0 6 2 下巷围岩变形特征以及现场地质条件，并结合以往巷道支护经验，提出通过锚索补强方式增加顶板及煤柱承载能力，在巷道顶板中部按照2 40 0 mm排距增加1排规格为17.8mm5000mm的预应力锚索，在煤柱帮按00930024 000照16 0 0 mm1600mm间排距增加2 根17.8mm3500mm的预应力锚索，充分发挥锚索悬吊效果，降低巷道变形量；在超前采面8 0 m范围内通过“单体柱+型梁”，按照“一梁三柱”方式进行超前支护。现场应用后，12 0 6 2 下巷围岩变形量严重问题得以较好解决，说明设计的支护优化方案是可行的，为12 0 6 2 孤岛工作面安全高效回采创造良好条件。（下转第39页）35王凯：麻家梁煤矿特厚煤层回采巷道小煤柱护巷技术研究8077060uu/(50403020100204066080 100 120 140 160 180观测天数/d（c）顶板离层量图5现场监测曲线Fig.5 Field monitoring curve由图5可知，工作面回采期间，巷道顶底板移近量及两帮移近量变化趋势基本相似，当测点距离工作面较远时，巷道围岩无明显变形；当测点距离工作面在10 0 mm范围内时，巷道围岩变形量开始增大，说明工作面超前支承压力影响范围约10 0m；在测点距离工作面40 m范围内时，巷道围岩变形量急剧增大，说明超前工作面40 m范围为超前支承压力影响距离区。现场监测数据显示，两帮移近量最大值为1150 mm，顶底板移近量最大值为7 30 mm，顶板离层量最大值为2 5mm。现场监测发现巷道围岩变形主要是在距离工作面2 0 m范围内产生的，整体来看巷道围岩变形量并不大，且顶板岩层无明显离层现象，说明当区段保护煤柱宽度为8 m时，在设计的支护及卸压方案条件下可以满足现场的安全生产需求。4 结 论本文以麻家梁煤矿4号煤层为工程背景，针对4号煤层厚度大，需留设2 0 30 m区段煤柱浪费2023年第9期大量煤炭资源的问题，采用理论分析、数值模拟及浅基点一深二浅基点深基点现场监测等方法确定小煤柱护巷技术。（1）巷道顶板采用分层支护的方法进行支护，其中顶锚杆规格为22mm2500mm，间排距为900mm1000mm，短锚索规格为 21.8mm5000mm，间排距为18 0 0 mm1000mm，长锚索规格为21.8mm8500mm，间排距为18 0 0mm 2 000 mm。（2）巷帮采用卸压支护的方法进行支护，其中帮锚杆规格为22mm2500mm，间排距为900 mm1000mm，帮锚索规格为 21.8mm4000mm，间排距为90 0 mm1000mm，在实体煤侧巷帮布置卸压孔，卸压孔直径为150 mm，长度为2 0 m，间排距为90 0 mm500mm。（3）合理的区段煤柱宽度为8 m。（4）在1450 2 轨道巷进行现场试验，巷道围岩变形量及顶板离层量监测数据显示，巷道围岩整体变形量不大，且巷道变形主要发生在距离工作面40m范围内，巷道顶板并无明显离层现象，说明设计的方案是合理可行的。参考文献：1 郭国强.综放开采特厚煤层采场底板破坏规律研究 J.煤田地质与勘探，2 0 2 2，50（8）：10 7-115.2李海龙.特厚煤层综放工作面小煤柱沿空掘巷技术应用 J江西煤炭科技，2 0 2 2（4）：2 4-2 7.3王星星，童荣.特厚煤层综放工作面小煤柱巷道支护技术研究 J.煤，2 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