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四、技术经济评价………………………………………8

五、结语………………………………………………………9

控制窄小煤柱巷道两帮移近量的实践

大水头煤矿高瓦斯松软易燃特厚煤层开采生产实践中，为降低煤柱损失，提高采区回采率，采取了留窄小煤柱沿空送巷方式布置工作面。

大水头矿第一个综采放顶煤工作面为中一采区101工作面。

第二个综放工作面中一采区102工作面和第四个综放面104工作面之间、104综放面和第五个106综放面之间进行了沿空送巷窄小煤柱净尺寸7米的窄小煤柱巷道布置实践尝试，回采过程中，窄小煤柱巷道收敛变形异常严重，两帮移近量达2.3米，顶底板移近量达1.8米，工作面难以正常推进生产，人员难以通行，通风有效断面难以保证。

窄小煤柱巷道在锚网索喷浆联合支护的基础上，增加了锚索钢带、套架11#工字钢棚密集棚（棚距0.5米）、再次全断面补打锚杆等加固支护，最后又重新扩巷两次，投入了大量人力物力，但窄小煤柱巷道支护基本失败。

经矿压观测总结，采取了新的锚网索喷浆支护新技术，成功的解决了窄小煤柱支护问题。

以中204运输顺槽为例，其与中202回风顺槽呈窄小煤柱接触，煤柱净尺寸为5米，在掘进期间，巷道设计位于减压区，压力显现不明显，变形量小，但在回采期间，受采动影响后，巷道变形增大，两帮移近量最大达1600㎜，严重影响工作面的通风、行人、运输等，给安全生产带来重大隐患，不得不采取二次扩帮处理，从而增加了维修费用。

将窄小煤柱巷道两帮移近量控制在规定范围内，对于节约吨煤成本，消除安全隐患，提高效益意义重大。

本文将结合大水头煤矿在中203工作面中控制窄小煤柱巷道两帮移近量的成功经验，对如何控制窄小煤柱巷道两帮移近量做一简要分析与总结。

一、中203工作面概况

中203工作面，设计可采走向长671米（平距），倾斜长100米（平距），煤层平均厚度7.84米，工作面整体西低东高，呈仰采。

工作面南部以DF12断层为界，北部与已回采结束的中201工作面相邻，运输顺槽与中201回风顺槽呈窄小煤柱接触，煤柱净尺寸5米。

中203工作面属高瓦斯区域，煤层具有自燃发火特征，自然发火期3～6个月，煤质松软，普氏硬度系数f＜0.7，地温、地压属正常地区。

二、窄小煤柱沿空巷道受压变形破坏机理分析

垂直应力集中。

由于垂直应力集中，而在两帮煤体产生的破坏面主要是两种类型的剪切滑移面。

第一种剪切滑移面是在煤体内出现的两组共轭剪切滑移面。

第二种剪切滑移面出现在煤层与顶底板岩层的交接面上。

其形成与发展是导致煤帮变形破坏的主要因素之一。

低水平应力环境。

沿空掘巷均处于低水平应力环境下，巷道顶板受水平应力的夹持作用很低，不足以平衡作用在其上的垂直载荷。

垂直载荷成为巷道顶板稳定性的决定作用。

上覆岩层压力大。

上覆岩层压力较大，从而作用在支护结构上的载荷亦较大。

当支护结构承受不了该荷载作用时，必须产生较大变形，造成巷道支护结构的破坏。

构造应力大。

构造应力对巷道稳定性影响极大，且很不稳定。

由于大水头矿井田内地质构造复杂，断层密布，由此产生的构造应力给巷道的稳定造成较大动压影响。

围岩裂隙发育。

由于煤层强度较低，裂隙发育，煤体结构极差，造成窄小煤柱巷道围岩总体强度较低。

另外，构造应力造成围岩破碎，其碎涨压力也容易使围岩产生碎胀变形。

受动压影响。

窄小煤柱巷道一侧为采空区，因此巷道受工作面回采引起的强烈支承压力作用，使围岩应力值数倍于原岩应力。

碎胀压力大。

在相邻工作面回采后，老顶断裂产生的强烈冲击波严重扰动围岩，破坏了围岩的完整性，降低了围岩的整体强度，同时在强大的上覆岩层压力作用下，弱面被挤压突出，煤柱极易产生失稳，给巷道支护带来了相当困难。

地下水的影响。

受到相邻工作面采空区积水的影响，如果采空区的水不能及时排出，使窄小煤柱巷道底板长期浸在水中，使其本来强度就很低的煤体发生软化、塑化，降低承载能力而失稳。

通过上述分析，窄小煤柱巷道的支护方式应着眼于巷道围岩整体稳定性，从根本上改变岩体内部结构及其力学性能入手。

结合围岩控制理论，对窄小煤柱巷道采用锚网喷索联合支护体系，充分利用围岩自身承载能力，实现主动支护，保证支护结构的稳定性，以达到控制窄小煤柱巷道两帮移近量的目的。

三、控制窄小煤柱巷道两帮移近量采取的对策

（一）使用大功率风动扳手，提高锚杆预紧力

在中203运输顺槽窄小煤柱巷道掘进时，使用BK42型大功率风动扳手代替BK30型风动扳手，使锚杆预紧力大为提高，从而增大了巷道初期支护强度，降低了初期巷道变形量。

BK42型与BK30型风动扳手主要参数如下表：

BK系列风动扳手主要参数表

参数

机型

压力MPa

额定扭矩

N•m

空转转速

r/min

空转\耗气量m3/min

噪音dB（A）

机重kg

BK30

0.4-0.63

≥882

≥5500

≤2.4

≤118

5.8

BK42

2000

≥5000

≤2.5

9.5

（二）选择合理的断面形状，提高巷道自身承压能力

在中203工作面设计时，将中204运输顺槽曾选用的三心拱形巷道断面改选为半圆拱形巷道断面，虽半圆拱形断面利用率较三心拱形低，但自身呈压能力较三心拱形强，仅次于圆形断面，有利于提高巷道自稳能力，减轻支护强度压力。

中203运输顺槽与中204运输顺槽断面形状对比如下图所示：

（三）增设帮锚索，加强帮部支护强度

通过对中204运输顺槽窄小煤柱巷道收敛变形的人工设点观测，发

现窄小煤柱不仅浅部（2.4米）两帮移近，而且整个煤柱向巷内移近，因此，在距巷道底板1.0米、2.2米位置，以2.1米间距交错布置两排帮锚索（每平方米不少于0.3根），以加强煤柱深部支护强度，控制深部位移量。

（四）加长帮锚杆长度，增厚挤压加固拱

锚杆越长，巷道周围形成的挤压加固拱越厚，对巷道围岩的支承力越强，防止围岩变形的能力越强。

在中204运输顺槽，帮锚杆长度2.2米，顶锚杆长度2.6米，巷顶支护强度强于巷帮，应力在支护强度相对较低的帮部显现，两帮移近量（1600mm）远远大于顶部下沉量（200mm）。

在中203运输顺槽掘进中，将帮锚杆长度加长到2.6米，使全断面支护强度等强，不再产生支护薄弱点。

（五）增大帮锚杆直径，增强帮部支护强度

锚杆直径的大小，直接决定支护强度的强弱。

单位面积支护强度不够，必将引起巷道的变形，且支护强度越弱变形量越大。

在中203运输顺掘进中，将帮锚杆直径由20㎜加大到22㎜，使其与顶锚杆直径相同，全断面实现等强支护，不产生支护薄弱点。

同时，将中204运输顺槽使用的与锚杆配套的小铁托板厚度由10㎜增加到12㎜，防止因铁托板压裂而导致锚杆失效，使巷道失去支护，变形量增大。

中204运输顺槽与中203运输顺槽支护图对比如下：

中203运输顺槽支护图

中204运输顺槽支护图

四、技术经济评价

（一）改善了围岩力学状态，巷道变形较小，巷道变形监测数据统计见下表：

中204运输顺槽与中203运输顺槽变形监测数据统计表

巷道

名称

是否窄

小煤柱

最大两帮

移近量

平均两帮

造成

后果

中204运

输顺槽

是

1600㎜

1000㎜

严重影响工作面

推进及安全生产

中203运

280㎜

210㎜

对回采工作无影响

（二）减少了巷道扩帮维修工程量及维修费用。

中203运输顺槽与中204运输顺槽相比，中203运输顺槽回采期间两帮最大移近量仅为280㎜，不影响回采工作面推进，而中204运输顺槽两帮最大移近量为1600㎜，严重影响工作面推进，需二次扩帮才能满足回采期间工作面的正常推进。

中203运输顺槽与中204运输顺槽相比，仅中203回采工作面可节省巷道扩修工程量至少600m，每米二次扩修费用556元（包括人工费、材料费），总共可节约33.36万元，与中104、106相比，不套架工字钢棚每米节约支护材料成本1250元。

（三）提高了工程的安全性。

巷道两帮移近量大，会严重影响巷道的通风、行人、运输，给安全生产带来重大隐患，为保证工作面正常推进，必须二次扩帮。

扩帮工程不但增加了维修费用，而且给回采工作增加了难度。

中203运输顺槽通过采取措施，严格控制了两帮移近量，极大提高了工程的安全性。

矿井服务年限做出一定贡献，同时为我矿支护技术的改进积累了宝贵经验。

五、结语

综上所述，大水头矿条件下的窄小煤柱巷道，尽管在高瓦斯区域，煤层具有自燃发火特征，自然发火期3～6个月，煤质松软，极易冒落，普氏硬度系数f＜0.7，窄小煤柱净尺寸仅5米，但通过采取一系列控制对策，在同等条件下，使中203运输顺槽两帮最大移近量较中204运输顺槽两帮最大移近量大大降低，不需处理就能满足回采工作面正常推进，说明该经验是成功的，且取得了较好的经济和社会效益。