复杂条件下小煤柱沿空掘巷吸能让压控制支护技术研究

复杂条件下小煤柱沿空掘巷吸能让压控制支护技术研究

谢方鹏

陕西长武亭南煤业有限责任公司生产技术部713600

摘要：摸清工作面倾向方向上的矿压分布规律，为理论分析及数值模拟研究小煤柱的尺寸提供可靠的基础数据；研究无冲击灾害小煤柱的设计准则和控制方法；分析冲击地压条件下的支护设计、支护产品以及支护工艺存在的问题，研究和设计吸能让压支护系统；研发冲击地压条件下的锚杆材料和支护产品；设计监测方案，对306工作面回风顺槽的支护效果和煤柱安全稳定性进行评价

关键词：小煤柱；灾害；支护

1.巷道基本情况

306回风顺槽布置于306工作面北侧，设计总长度966m。煤层厚度变化较大，从开门口到切眼处煤层厚度由14m逐步变薄为6m,,埋深550m。巷道北与304运输顺槽平行，之间间隔10m煤柱。巷道东与306工作面运料道相连，通过304工作面施工道回风。掘进工作面除北侧与304工作面采空区间隔10m煤柱外，其余均为实炭区。巷道掘进留1.5m底煤。煤普氏硬度系数f=1.95～2.7。

煤层顶底板情况

2.巷道面临的支护难题

306工作面回风顺槽沿空掘巷除面临常规的沿空掘巷的难题外，还面临如下的支护难题：

（1）动力现象。根据以往亭南煤矿生产经验，4煤层及顶底板均具有动力现象。对支护有较大影响。

（2）矿井地应力。由于矿井采深达到500m以上，且煤层厚度变化比较大，煤层地应力较高。

（3）煤柱宽度问题。根据亭南附近正通煤矿小煤柱试验情况及以往类似工程经验，306回风顺槽10m煤柱易造成煤柱不完全屈服而积聚大量能量，增加冲击的危险程度。如果煤柱留设过小会造成煤层自燃发火、防止瓦斯、防治水等采空区管理困难。合理煤柱宽度的确定有待进一步研究与优化。

（4）卸压孔。由于卸压孔的存在，破坏小煤柱的完整性，给顺槽支护带来了一定困难。

（5）顺槽支护。306工作面回风顺槽采用全螺纹钢锚杆进行支护，锚杆的主动支护效果差，同时顺槽的表面支护强度低。煤柱受到侧向支承压力的影响时，煤柱易出现“炸帮”现象。

（6）矿井水对支护体腐蚀性而降低支护体强度，尤其是对钢绞线与锚具咬合部位的腐蚀而降低锚索实际支护阻力。

306回风顺槽沿空掘巷支护方案图

3.巷道支护理念

巷道锚杆（索）支护是按一定设计的间排距由数根锚杆（索）组成。由于沿巷道周边变形大小不一，锚杆和锚索物理力学性质和几何尺寸不同，造成不同位置的锚杆（索）变形和载荷不同，为了达到充分发挥每根个体锚杆（索）的作用，防止锚杆（索）早期破断，达到共同支护围岩的作用，个体支护体间也必须达到变形和受力耦合（均压）。整体耦合定义为：个体支护体和围岩间的耦合（让压）和支护体和支护体之间的耦合（均压）。所以整体耦合包括以下几方面的内容：

（1）锚杆系统和围岩耦合：锚杆支护系统的支护强度和变形性能必须和围岩耦合以达到围岩的稳定平衡。

（2）锚索系统和围岩耦合：同样，锚索系统作为支护的一部分，其变形性能必须和围岩耦合以达到围岩的稳定平衡。

（3）锚杆间的耦合：由于顶板和两帮在不同位置的锚杆所经受的位移和应力过程不同，所以受力差别很大，这有可能造成受力大的锚杆首先破断而把力传替到临近的锚杆造成锚杆顺序分别破断。

（4）锚杆和锚索的耦合：锚杆和锚索间的变形耦合也非常重要。从支护体本身来讲，锚杆和锚索存在着物理力学性质和几何尺寸的差别，这种差别如果在设计和使用过程中不当，会引起锚杆或锚索由于变形协调不好造成受力不均甚至破断。

延伸率：锚杆的延伸率远大于锚索的延伸率

承载能力：锚杆的承载能力远小于锚索的承载能力

支护范围：锚索长度一般来说大于锚杆长度。

4.支护参数确定

根据306回风顺槽实际情况，经过实验室数据计算并结合类似条件下巷道的支护经验确定,沿空掘巷参数选择如下：

（1）顶板锚杆参数：采用高冲击载荷显示让压锚杆，间排距：900×1000mm

杆体直径:22mm，锚杆的长度：2800mm。表面支护：加筋塑料网+W钢带，W钢带长度为4800mm，六孔，孔间距为900mm。

（2）帮部锚杆参数：采用高强应力显示让压蛇形锚杆，间排距：1050×1000mm

杆体直径:22mm，锚杆的长度：2800mm，表面支护：锚杆采用150×150×10mm托盘配合300×300×3.75mm钢带托盘联合使用。

（3）顶板锚索参数：锚索长度选择为8500mm，锚索直径：22mm，锚索采用2-3-2布置，锚索排距为2000mm。

（4）帮部锚索参数：锚索长度：5000mm，锚索直径：22mm，锚索采用二二布置，锚索排距为2000mm，间距1500mm。

参考文献：

［1］侯朝炯，李学华，等.综放沿空掘巷围岩大、小结构稳定性原理［J］.煤炭学报，2001

［2］李顺才，柏建彪，董正筑，等.综放沿空掘巷窄煤柱受力变形与应力分析［J］.矿山压力与顶板管理，2004

［3］杨科，谢广群，等.窄煤柱综放巷道围岩应力场特征［J］.采矿与安全工程学，2007