劉會(huì)戰(zhàn)，李 想，張 寧

（山東魯能菏澤煤電公司 郭屯煤礦，山東 鄆城274700）

1 工程概況

1.1 工作面位置

1303 工作面軌道順槽位于－808m軌道石門南側(cè)，地面標(biāo)高＋43.1m～＋45.1m，巷道標(biāo)高－796m～－868.8 m，東部為1301工作面（正在回采），西部為1303工作面（1303工作面切眼及膠帶順槽掘進(jìn)結(jié)束），南部為實(shí)體煤層，1303工作面采掘工程布置見圖1。

1.2 煤層賦存特征及頂?shù)装迩闆r

1303 工作面內(nèi)3煤厚1.80～3.00m，平均2.8m；受向斜構(gòu)造影響，煤層傾角變化較大，傾角3°～15°，平均8°。3煤為黑色，玻璃光澤，主要為亮煤，次為暗煤、半亮型煤，內(nèi)生裂隙發(fā)育，含少量黃鐵礦晶粒，階梯狀斷口。該區(qū)域煤層賦存較為穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在掘進(jìn)范圍內(nèi)煤層平均厚度約2.80m。根據(jù)1301工作面和1303膠帶順槽巷道實(shí)際揭露情況，預(yù)計(jì)局部地段煤層含夾矸。

圖1 1303工作面采掘工程平面

2 沿空掘巷窄煤柱合理寬度的確定

2.1 沿空掘巷窄煤柱變形破壞規(guī)律

根據(jù)郭屯煤礦1303工作面的現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件及開采技術(shù)條件，在沿空掘巷窄煤柱寬度的模擬研究過程中，分別選取3m、4m、4.5m、5m、7m和9m六種模擬方案；并對(duì)各方案中窄煤柱破壞情況以及沿空掘巷的圍巖變形破壞特征兩個(gè)方面的實(shí)施效果進(jìn)行分析，從而確定合理窄煤柱寬度。

通過對(duì)不同窄煤柱寬度條件下的巷道進(jìn)行模擬開挖研究，對(duì)比分析開挖引起的煤柱破壞規(guī)律差異（見圖2）。

圖2 不同寬度的窄煤柱位移矢量

從圖2可以看出：

（1）煤柱破碎程度從上往下逐漸降低，沿煤柱中心往兩側(cè)，煤柱的破壞及位移逐漸增大；且窄煤柱、直接頂和老頂都有沿一斜面向采空區(qū)滑落的趨勢(shì)。

（2）窄煤柱的變形呈不對(duì)稱分布，分別向上區(qū)段采空區(qū)和沿空巷道方向變形移動(dòng)，且靠近沿空掘巷一側(cè)變形比較明顯。

（3）窄煤柱在上覆載荷的作用下，在垂直方向上呈不同程度的壓縮破壞，從下往上煤柱破壞程度越來越大。

（4）與下部相比，煤柱上部垂直位移和水平位移都比較大，表現(xiàn)為沿某個(gè)滑移面向采空區(qū)滑落的趨勢(shì)，隨著煤柱寬度的減小，這種規(guī)律愈加明顯；且在煤柱的同一位置，水平位移要大于垂直位移。

（5）隨著窄煤柱寬度的變化，水平位移和垂直位移也呈現(xiàn)不同程度的變化：整體而言，煤柱寬度越大，煤柱中心完整區(qū)域就越大；當(dāng)煤柱寬度較小時(shí)，整個(gè)窄煤柱沿一斜面向上區(qū)段采空區(qū)滑落，破壞嚴(yán)重。

在不同煤柱寬度條件下，1303工作面沿空巷道掘進(jìn)期間的頂板下沉、底板鼓起、實(shí)體煤幫以及窄煤柱幫的變形量見圖3，各方案的位移匯總見表1。

圖3 掘巷期間沿空掘巷圍巖變形情況

由圖3和表1可知：

（1）當(dāng)窄煤柱寬度不同時(shí)，沿空掘巷窄煤柱幫的移近量均大于頂板下沉量、底鼓量和實(shí)體煤幫移近量。

（2）當(dāng)窄煤柱為4.5m時(shí)，頂板下沉量、窄煤柱幫移近量和實(shí)體煤幫移近量均存在拐點(diǎn)，且隨著煤柱寬度的增加頂板下沉量和煤柱幫移近量均保持一定斜率增加。

（3）底鼓量較小，平均30mm，窄煤柱幫移近量最大，這就要求對(duì)窄煤柱幫進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，防止變形過大，避免片幫的危險(xiǎn)。

（4）當(dāng)窄煤柱寬度為4.5m時(shí)，沿空掘巷整體圍巖變形相對(duì)較小。

3 工程實(shí)踐分析

沿空掘巷的窄煤柱寬度設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)施工條件緊密關(guān)聯(lián)，合理的窄煤柱寬度的確定應(yīng)考慮現(xiàn)場(chǎng)施工的一些基本要求：煤柱的寬度至少應(yīng)大于支護(hù)錨桿的長(zhǎng)度，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)使用的2.2m長(zhǎng)錨桿，再留有一定的富裕系數(shù)，故要求窄煤柱的寬度應(yīng)不小于3m。錨桿安設(shè)的可操作性，在留設(shè)窄煤柱條件下，錨桿支護(hù)施工中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)錨桿鉆孔塌孔現(xiàn)象，致使錨桿的安裝無法正常進(jìn)行，故在實(shí)踐中都應(yīng)當(dāng)予以考慮。

4 窄煤柱合理寬度的最終確定

由以上分析可見，1303工作面軌道順槽采用錨桿支護(hù)時(shí)，窄煤柱合理寬度的確定應(yīng)充分考慮以下3個(gè)問題：

1）對(duì)沿空掘巷的窄煤柱來說，靠1301工作面采空區(qū)側(cè)煤體中存在一定范圍的破碎區(qū)，安設(shè)錨桿時(shí)，其留設(shè)的煤柱寬度最好應(yīng)能使錨桿位于采空側(cè)所形成的破碎區(qū)之外的實(shí)體煤中，以保證錨桿支護(hù)具備可靠的錨固能力。

2）沿空掘巷的窄煤柱尺寸決定了巷道與上區(qū)段工作面回采空間的距離，從而決定了巷道受側(cè)向支承壓力的影響程度；同時(shí)，窄煤柱的尺寸也將直接關(guān)系到窄煤柱自身的承載能力。

3）窄煤柱的寬度應(yīng)能保證錨桿支護(hù)在操作上的可行性。

通過上面的分析可以得出這樣的結(jié)論：在窄煤柱條件下，沿空掘巷在巷道施工期間，只是引起巷道圍巖小結(jié)構(gòu)的應(yīng)力重新分布，而沒有引起圍巖大結(jié)構(gòu)的強(qiáng)烈運(yùn)動(dòng)，所以掘巷期間圍巖的變形量不是很大，但巷道在工作面回采帶來的超前壓力影響時(shí)，圍巖大結(jié)構(gòu)將會(huì)產(chǎn)生很大程度的破壞，巷道上方基本頂產(chǎn)生斷裂回轉(zhuǎn)，引起巷道圍巖的強(qiáng)烈變形，在此情況下，合理的窄煤柱寬度與巷道的穩(wěn)定性有很大的關(guān)系。

綜合分析得出：1303工作面軌道順槽窄煤柱寬度在4～4.5m之間是合適的，該結(jié)論可作為1303工作面軌道順槽窄煤柱寬度設(shè)計(jì)的依據(jù)。

5 工程實(shí)踐效果

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐證明，1303軌道順槽在工作面回采超前壓力影響下，頂板下沉量控制在200mm，底鼓量控制在120 mm，實(shí)體煤幫移近量控制在300mm，窄煤柱幫移近量控制在500mm，巷道滿足回采期間安全生產(chǎn)要求，達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)要求。本次窄煤柱留設(shè)寬度實(shí)踐的成功對(duì)郭屯煤礦后期沿空掘巷起到很強(qiáng)的指導(dǎo)和借鑒作用。

〔1〕侯朝炯，李學(xué)華.綜放沿空掘巷圍巖大小結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性原理〔J〕.煤炭學(xué)報(bào)，2001，（1）.

〔2〕徐永圻.采礦學(xué)〔M〕.徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2003.

〔3〕柏建彪.沿空掘巷圍巖控制〔M〕.徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2006.

〔4〕錢鳴高，石平五.巖石壓力與巖層控制〔M〕.徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2003.