1、立項(xiàng)原因：
隨著煤炭日益開采，煤炭資源在日益減少，為了節(jié)約煤炭資源提高回采率，小煤柱巷道掘進(jìn)技術(shù)將逐漸被廣泛使用。過去巷道布置時(shí)為躲避壓力，留設(shè)大煤柱，巷道煤柱寬度一般在15米以上，但掘進(jìn)過程中有時(shí)還是會(huì)收到壓力影響而采取加強(qiáng)支護(hù)，造成資源的極大損失；小煤柱巷道掘進(jìn)技術(shù)解決了巷道保護(hù)煤柱的浪費(fèi)，同時(shí)掘進(jìn)過程中在壓力集中區(qū)域提前采取加強(qiáng)支護(hù)，避免了后期補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)的麻煩，尤其時(shí)多重壓力影響下的小煤柱巷道掘進(jìn)。
受動(dòng)壓開采影響，掘進(jìn)巷道的變形特征呈現(xiàn)出復(fù)合特征。主要有三個(gè)特征：
1）掘進(jìn)開始階段變形速率大
受動(dòng)壓開采影響使得煤巖體中聚集了很高的彈性能量，而且由于巷道掘進(jìn)后會(huì)產(chǎn)生載荷卸載的作用，這將導(dǎo)致所儲(chǔ)存的彈性能量較快地釋放出來，最終引起巷道剛掘出時(shí)產(chǎn)生很大的變形速率。
2）變形量大，返修率高
研究表明，受動(dòng)壓開采影響巷道變形量可達(dá)500mm-800mm(若沒有合理的進(jìn)行支護(hù)，巷道圍巖的變形量可達(dá)到1000mm）。隨之而來的是巷道的返修率能達(dá)到40%-80%。
3）普通的支護(hù)不能控制巷道的變形
動(dòng)壓開采影響下掘進(jìn)小煤柱巷道，巷道圍巖變形更為劇烈，破壞程度也更加嚴(yán)重。這就要求選擇合理的支護(hù)材料、支護(hù)方式來控制掘進(jìn)巷道的變形，降低巷道維護(hù)穩(wěn)定的費(fèi)用。
2、成果內(nèi)容：
1工程概況及地質(zhì)條件
1.1工程概況
12#層307盤區(qū)5737巷沿12-1#與12-2#合并煤層掘進(jìn)，該巷井下位置北起12#層307盤區(qū)巷，南到后所溝村保護(hù)煤柱，西面為12#層8735面（未開采），東面12#層8739面（正采）；12#層5737巷與相鄰12#層2739巷留設(shè)5米保護(hù)煤柱，掘進(jìn)過程中受同層相鄰的12#層307盤區(qū)8739工作面回采動(dòng)壓影響，同時(shí)還受上覆保護(hù)煤柱壓力影響且層間距最低為3.3米。
具體布置如圖1所示
圖1 12#層307盤區(qū)5737巷平面布置圖
1.2地質(zhì)條件
12#層307盤區(qū)5737巷設(shè)計(jì)長(zhǎng)度467米，煤層北高南低的單斜構(gòu)造，煤層厚度為1.93米～2.3米，平均2.12米。煤層傾角平均3°，與上覆11#層層間距為3.3～13.65米，平均層間距8.18米；本巷掘至23米進(jìn)入上覆為11#2739空巷，預(yù)計(jì)掘進(jìn)至63米進(jìn)入上覆11#層8739面采空區(qū)，掘進(jìn)至342米出上覆11#層采空區(qū)，進(jìn)入上覆11#層實(shí)煤壓力區(qū)，447米出上覆11#層實(shí)煤區(qū)，進(jìn)入11#層8739面采空區(qū)。
2 多重壓力影響下極近距離小煤柱巷道掘進(jìn)技術(shù)理論方案確定
2.1巷道位置的選擇
煤層開采過程破壞了原巖應(yīng)力的平衡狀態(tài)，引起應(yīng)力重新分布。由于支撐壓力的影響，可分為應(yīng)力降低區(qū)、應(yīng)力增高區(qū)、原巖應(yīng)力區(qū)。因此，可能的掘巷位置有四種：[1]1無煤柱完全沿空掘巷；2應(yīng)力降低區(qū)留小煤柱掘巷；3應(yīng)力增高區(qū)留較大煤柱掘巷；4原巖應(yīng)力區(qū)留大煤柱護(hù)巷。根據(jù)壓力分布及現(xiàn)場(chǎng)施工經(jīng)驗(yàn)分析，在應(yīng)力降低區(qū)留小煤柱掘巷方案不僅使巷道處于應(yīng)力降低區(qū)，維護(hù)容易，且能有效的防止采空區(qū)漏風(fēng)，避免采空區(qū)積水和有害氣體的涌出。因此，理論上動(dòng)壓開采期間留小煤柱掘巷方案最為可行。
2.2巷道支護(hù)方案的選擇
根據(jù)四臺(tái)礦《12#層307盤區(qū)5737巷掘進(jìn)地質(zhì)說明書》中提供的煤層頂、底板情況分析，12#層307盤區(qū)5737巷道頂板直接頂為粉細(xì)砂巖互層，平均厚度達(dá)8m，老頂為細(xì)砂巖，適合錨桿+錨索鋼梁支護(hù)。為了將錨桿加固的“組合梁”懸掛于堅(jiān)硬巖層中，需用錨索做聯(lián)合支護(hù)。即初步確定5737巷采用矩形斷面，錨桿+長(zhǎng)鋼帶＋錨索＋長(zhǎng)鋼梁＋金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)。
3 多重壓力影響下極近距離小煤柱巷道壓力分析
3.1壓力來源
12#層5737巷壓力來源主要受上覆11#層8739面采空區(qū)和11#層8737面采空區(qū)中間保護(hù)煤柱壓力與同層12#層8739面回采動(dòng)壓多重壓力影響。
3.2多重壓力分析
1)上覆煤柱壓力分析
根據(jù)壓力分析及現(xiàn)狀評(píng)價(jià)12#層5737巷屬于雙側(cè)上覆采空區(qū)類型，受中間保護(hù)煤柱壓力影響，保護(hù)煤柱寬度越窄，應(yīng)力峰值就越大且比較集中，上覆壓力傳遞至巷右?guī)烷_始釋放，巷內(nèi)壓力顯現(xiàn)體現(xiàn)在右?guī)驼◣蛧?yán)重，頂板破碎。
2）回采動(dòng)壓分析
12#層5737巷回采動(dòng)壓來源于同層12#層8739面回采壓力影響，根據(jù)圖示及現(xiàn)場(chǎng)壓力顯現(xiàn)情況分析，12#層5737巷屬于一側(cè)回采同層保護(hù)煤柱類型，巷道圍巖處于彈性變形，應(yīng)力分布如右上圖所示，通過計(jì)算，巷道處于煤柱的承載能力與支撐壓力平衡狀態(tài)中；隨著12#層8739面后古塘塌落，壓力得到釋放，12#層5737巷受到的壓力影響較小，巷內(nèi)無明顯壓力顯現(xiàn)。
壓力分析如圖2所示
圖2 12#層307盤區(qū)5737巷多重壓力分析
4 多重壓力影響下極近距離小煤柱巷道現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐方案
4.1巷道支護(hù)方案的設(shè)計(jì)
根據(jù)相鄰巷道礦壓觀測(cè)數(shù)據(jù)及支護(hù)經(jīng)驗(yàn)分析，以及錨桿懸吊理論計(jì)算驗(yàn)算，確定12#層5737巷設(shè)計(jì)為矩形斷面，巷道頂板采用錨桿+長(zhǎng)鋼帶＋錨索＋長(zhǎng)鋼梁＋金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，巷道兩幫采用錨桿+預(yù)應(yīng)力墊片+菱形金屬網(wǎng)支護(hù)。
進(jìn)入11#層8739采空區(qū)前：錨桿布置五排，排間距750×1000mm, 使用φ18×1800 mm左旋無縱筋螺紋鋼錨桿配合長(zhǎng)鋼帶與預(yù)應(yīng)力墊片；錨索布置三排，排間距1400×2000mm，兩端錨索斜拉65度，使用φ17.6×6000㎜的鋼絞線配套3.2米長(zhǎng)鋼梁支護(hù)。幫錨桿間距壓縮為1000×1000mm，左右?guī)湾^桿布置為三排，上端錨桿與下端錨桿斜拉15度；
進(jìn)入采空區(qū)后，要隨時(shí)掌握與11#層采空區(qū)層間距，并根據(jù)層間距大小變化調(diào)整支護(hù)方案。
支護(hù)設(shè)計(jì)如圖3所示
圖3 12#層307盤區(qū)5737巷進(jìn)入采空區(qū)前支護(hù)斷面圖
4.2與相鄰?fù)瑢?/span>12#層8739面采掘交鋒期間處理方案
12#層5737巷與12#層8739面保護(hù)煤柱為5米，為保證12#層8739工作面回采期間頭巷后古塘能及時(shí)垮落釋放壓力，減小對(duì)12#層5737巷的回采動(dòng)壓影響，決定在12#層8739面2739巷施工切頂眼。施工切頂眼距煤柱幫0.2米；角度垂直布置；切頂眼施工間距0.3米；施工眼深5.3米，眼深比層間距小1.0米；施工長(zhǎng)度為12#層5737巷與12#層8739面采掘交鋒前后50米，施工切頂眼要保證切頂眼成一條直線，根據(jù)施工位置，施工期間使用線繩進(jìn)行測(cè)量，保證切頂眼成一條直線。
如圖4所示
圖4 12#層5737巷與12#層8739面采掘交鋒施工切頂眼示意圖
5 12#層5737巷現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果
5737巷掘進(jìn)期間經(jīng)過100d礦壓觀測(cè)，巷道兩幫移近量150mm，頂?shù)装逑鄬?duì)移近量100mm，巷道基本沒有發(fā)生變形。所以51022巷受動(dòng)壓開采及小煤柱雙重壓力影響，但在護(hù)幫對(duì)穿錨索、切頂眼及巷道支護(hù)綜合作用下，頂、底、幫的維護(hù)難的問題得到了有效的控制，有效的降低了巷道片幫冒頂現(xiàn)象發(fā)生的概率，對(duì)人員的安全有保證?，F(xiàn)場(chǎng)如圖5所示。
圖5 12#層5737巷現(xiàn)場(chǎng)照片
3、創(chuàng)新點(diǎn)：
3.1、動(dòng)壓開采影響下，巷道過采掘交鋒應(yīng)力集中區(qū)域的頂、底、幫的維護(hù)難的問題得到了有效的控制。
3.2、有效的降低了巷道片幫冒頂現(xiàn)象發(fā)生的概率，對(duì)人員的安全有保證。
3.3、有效的控制了巷道垂直應(yīng)力及水平應(yīng)力的顯現(xiàn)，
3.4、通過該特種支護(hù)工藝使得在巷道周圍形成了穩(wěn)固拱，穩(wěn)固了巷道的成型，降低了巷道后期維護(hù)的工作量。
4、社會(huì)效益：
小煤柱巷道掘進(jìn)技術(shù)在我礦已成功應(yīng)用，而在受多重壓力影響下的12#層307盤區(qū)5737巷也已順利完成，證明小煤柱巷道掘進(jìn)技術(shù)在我礦已成熟，為日后研究新的方向奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。節(jié)約煤炭資源提高回采率，5737巷小煤柱掘進(jìn)可以為本礦多回采出5萬噸煤，直接經(jīng)濟(jì)效益240萬，小煤柱巷道掘進(jìn)技術(shù)將逐漸被廣泛使用，提高了掘進(jìn)速度及成巷率，保證安全生產(chǎn)。
多重壓力影響下極近距離小煤柱巷道掘進(jìn)技術(shù)
經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益證明
受多重壓力影響下的12#層307盤區(qū)5737巷順利施工完成，為我礦多回采出5萬噸煤，直接經(jīng)濟(jì)效益240萬，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。這種巷道掘進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，有效的防止礦壓顯現(xiàn)造成的頂板下沉、兩幫炸幫嚴(yán)重、底板鼓起等現(xiàn)象，給巷道維護(hù)及后期采煤創(chuàng)造了良好的條件，加快了安全生產(chǎn)了，有效的提高了掘進(jìn)速度及成巷率，為該盤區(qū)的準(zhǔn)備工作節(jié)余了很多時(shí)間。
通過該特種支護(hù)工藝使得在巷道周圍形成了穩(wěn)固拱，穩(wěn)固了巷道的成型，降低了巷道后期維護(hù)的工作量。動(dòng)壓開采影響下，巷道過采掘交鋒應(yīng)力集中區(qū)域的頂、底、幫的維護(hù)難的問題得到了有效的控制；有效的降低了巷道片幫冒頂現(xiàn)象發(fā)生的概率，對(duì)人員的安全有保證；有效的控制了巷道垂直應(yīng)力及水平應(yīng)力的顯現(xiàn)。
