小煤柱支護(hù)工藝技術(shù)應(yīng)用分析

崔曉

摘 要：本文結(jié)合某煤礦實(shí)際情況，對(duì)小煤柱護(hù)巷區(qū)域地質(zhì)條件進(jìn)行分析，對(duì)巷道頂板以及幫巖巖層基本情況進(jìn)行全面監(jiān)控，對(duì)原有的錨桿錨索支護(hù)方案進(jìn)行全面優(yōu)化。從頂?shù)装逡约皣鷰r兩幫移動(dòng)現(xiàn)狀來看，通過對(duì)支護(hù)方案進(jìn)行全面優(yōu)化能獲取良好的應(yīng)用成效，促使巷道支護(hù)穩(wěn)定性能全面提升。

關(guān)鍵詞：小煤柱；支護(hù)工藝技術(shù)；應(yīng)用

近些年我國(guó)煤炭資源開發(fā)效率在不斷提升，有部分煤礦在選取對(duì)應(yīng)的護(hù)巷方式過程中，逐步摒棄了寬煤柱的方式，對(duì)小煤柱護(hù)巷技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行深入研究。加上我國(guó)各項(xiàng)技術(shù)全面發(fā)展，煤柱護(hù)巷技術(shù)應(yīng)用正朝著無煤柱護(hù)巷技術(shù)應(yīng)用發(fā)展，對(duì)全面優(yōu)化巷道開采維護(hù)條件，擴(kuò)大工作面回采效率等具有重要意義。沿空掘巷是沿著已采工作面采空區(qū)域邊緣位置進(jìn)行巷道挖掘施工，這樣能有效優(yōu)化巷道承受的荷載作用力，在維護(hù)過程中較為便捷，通過小煤柱支護(hù)技術(shù)工藝能全面提升煤炭資源回采率。

一、區(qū)域地質(zhì)條件分析

本文探究的煤礦開采區(qū)域基本地形是丘陵地形，在低洼區(qū)域分布有池塘與水田等，區(qū)域中標(biāo)高平均值是+240m，主要是對(duì)Ⅰ號(hào)煤層進(jìn)行開采，此類煤層通過探測(cè)可知其厚度值在2.7至3.3m范圍內(nèi)。煤層基本組成結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度較高，大多數(shù)都是呈現(xiàn)為條帶狀分布，煤層爆炸危險(xiǎn)系數(shù)較高，通過煤層自然發(fā)火等級(jí)鑒定可知自然發(fā)火等級(jí)為Ⅰ級(jí)，發(fā)生自然火災(zāi)的系數(shù)較大。煤層偽頂板結(jié)構(gòu)位置主要是含炭質(zhì)泥巖結(jié)構(gòu)，其斷口位置粗糙度較高。本煤礦進(jìn)風(fēng)巷道需要應(yīng)用保護(hù)小煤柱掘進(jìn)施工，由于其施工區(qū)域與踩空區(qū)域距離較近，對(duì)回風(fēng)巷道圍巖結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的再生性，容易產(chǎn)生破碎等不同問題。煤層直接頂結(jié)構(gòu)屬于泥巖結(jié)構(gòu)，遇水之后便會(huì)產(chǎn)生不同程度膨脹問題，其中頂部結(jié)構(gòu)、老頂結(jié)構(gòu)、直接底結(jié)構(gòu)分別為泥巖結(jié)構(gòu)、細(xì)砂巖結(jié)構(gòu)、泥巖結(jié)構(gòu)，其中底板位置硬度值較低，雨水之后會(huì)變軟，老底是灰白色泥巖結(jié)構(gòu)。

護(hù)巷煤柱留設(shè)寬度和巷道煤柱支護(hù)形式之間具有密切聯(lián)系，通過錨桿支護(hù)能有效提升巷道周邊圍巖強(qiáng)度值，提升支護(hù)圍巖內(nèi)摩擦角。圍巖通過錨固支護(hù)之后，巷道圍巖基本受力狀態(tài)開始發(fā)生轉(zhuǎn)變，圍巖支持能力有效提升。本文探究的煤回采工作面厚度值在2.7至3.3m范圍內(nèi)，其中含有2層夾矸，夾矸最大厚度值為300mm。煤層平均傾角在13°，煤層直接頂是砂質(zhì)泥巖，厚度為2.2m，直接底是2m厚度的泥巖。工作面平均埋深為380m，緊鄰的工作面施工開采完畢，此工作面主要是應(yīng)用沿空留巷形式布置，護(hù)巷煤柱留設(shè)寬度為4m。

二、巷道頂板以及幫巖巖層狀況

相關(guān)施工技術(shù)人員在巖層探測(cè)中要選用適用性較強(qiáng)的探測(cè)設(shè)備，對(duì)巖層層狀進(jìn)行全面探測(cè)。鉆孔設(shè)備選用錨桿鉆機(jī)，對(duì)鉆機(jī)鉆頭直徑進(jìn)行控制。完成鉆孔施工操作之后，需要對(duì)巖粉進(jìn)行有效清除，可以應(yīng)用分管，然后再開展規(guī)范化的施工探測(cè)活動(dòng)。通過完整的探測(cè)活動(dòng)能獲取以下論斷。進(jìn)風(fēng)巷道保護(hù)小煤柱區(qū)域中頂板結(jié)構(gòu)在1至2m位置處存在少量裂縫問題，在3至4m位置處存在較為嚴(yán)重裂縫，在5m以上裂隙較小，整體完整度較高。所以當(dāng)前在頂板支護(hù)施工作業(yè)過程中，要應(yīng)用錨桿對(duì)圍巖結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效的加固措施，或是應(yīng)用最佳長(zhǎng)度的錨索進(jìn)行懸吊。由于中部區(qū)域裂隙較多，高區(qū)域圍巖穩(wěn)定值較高，在施工中要想通過老頂結(jié)構(gòu)對(duì)直接頂進(jìn)行穩(wěn)定，需要對(duì)錨索基本長(zhǎng)度進(jìn)行控制，能保持在7m范圍內(nèi)[1]。

從探測(cè)過程中能看出，巷道煤幫1m位置存有裂隙問題，在1至2.5m位置存在裂縫，2.5至5m位置也存有不同裂隙，但是從煤幫整體角度來看存在較多劈裂區(qū)域，所以從一定程度上來看，在施工作業(yè)面中設(shè)定5m保護(hù)小煤柱方案可行性較高。由于1至2.5m深度存有裂隙帶，要對(duì)錨桿基本長(zhǎng)度值進(jìn)行控制，能對(duì)此位置煤巖繼續(xù)錨固處理控制，施加相應(yīng)的錨固劑[2]。

三、錨桿錨索支護(hù)方案探析

頂板結(jié)構(gòu)處錨桿通過懸吊能有效突出其基本應(yīng)用價(jià)值，幫部位置錨桿在煤體加固中具有重要應(yīng)用價(jià)值，錨桿基本長(zhǎng)度值需要全面滿足以下要求。L≥Kb+L1+L2。其中L是錨桿總長(zhǎng)度值，單位是mm。K表達(dá)安全系數(shù)；b是冒落拱高度值，單位是mm；L1是錨桿深入到穩(wěn)定層的長(zhǎng)度值，L2表示錨桿外露長(zhǎng)度值，正常情況能將外露長(zhǎng)度設(shè)置為50mm。b=B1/2f=4000/（2x2）=1000mm。其中B1是巷道挖掘的深度，將其設(shè)定為4000mm，f表達(dá)的是巖體堅(jiān)固系數(shù)值，本文將其設(shè)定為2。通過精確化計(jì)算能得出L等于2450mm，計(jì)算式為L(zhǎng)=2×1000+400+50=2450mm。所以當(dāng)前在圍巖支護(hù)過程中，要將錨桿長(zhǎng)度設(shè)為2500mm，要對(duì)層狀分析結(jié)果進(jìn)行控制。錨索長(zhǎng)度在確定過程中，要對(duì)錨索懸吊作用合理分析，長(zhǎng)度值需要滿足多項(xiàng)條件，得出關(guān)系式L=La+Lb+Lc+Ld。L是錨索長(zhǎng)度值，單位是m。La與Lb分別為圍巖結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度值與不穩(wěn)定圍巖厚度值。Lc是錨具與上托盤結(jié)構(gòu)基本厚度值，正常情況下能設(shè)為0.1m。將各項(xiàng)數(shù)據(jù)帶入到計(jì)算中能得出L等于6.8m。對(duì)巷道巖狀分析可知，在采空區(qū)域位置頂板結(jié)構(gòu)中存有裂隙區(qū)域，此類裂隙深度值在4至6m范圍內(nèi)。其次相關(guān)施工人員要對(duì)預(yù)緊力進(jìn)行控制，從過去各項(xiàng)操作中能得出，當(dāng)錨桿預(yù)緊力達(dá)到50kN范圍，能有效控制巷道變形問題，所以要對(duì)預(yù)緊力值合理控制。

本文采用的支護(hù)方式是應(yīng)用保護(hù)小煤柱的支護(hù)方式，頂板結(jié)構(gòu)通過錨索懸吊在穩(wěn)定性較強(qiáng)的巖層中，結(jié)合相關(guān)結(jié)論規(guī)定要求。頂板位置錨索錨固力大小要高于不穩(wěn)定巖體自重。錨索在選用過程中主要是選用鋼絞線錨索，對(duì)錨索直徑進(jìn)行控制， 承載力大小控制在230kN，結(jié)合巷道寬度值，將B1選值控制在4m范圍內(nèi)。通過對(duì)巷道巖狀有效分析能得出其高度值在4.5m，再對(duì)L值進(jìn)行精確化計(jì)算。對(duì)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)具體情況進(jìn)行精確化分析，首先排設(shè)兩個(gè)錨索，之后間隔一段距離再設(shè)置另外一個(gè)錨索，應(yīng)用三花狀支護(hù)方式[3]。

四、進(jìn)風(fēng)巷道圍巖變形情況分析

通過對(duì)支護(hù)方案進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，為了能獲取錨索和錨桿聯(lián)合支護(hù)應(yīng)用效果，需要對(duì)施工進(jìn)風(fēng)巷道進(jìn)行全面監(jiān)控檢測(cè)，通過對(duì)檢測(cè)活動(dòng)進(jìn)行分析，能獲取聯(lián)合支護(hù)模式以及多項(xiàng)參數(shù)值，為小煤柱支護(hù)技術(shù)應(yīng)用提供多項(xiàng)數(shù)據(jù)。在實(shí)際監(jiān)測(cè)過程中，要著重監(jiān)控頂?shù)装逡约皟蓭臀恢眠w移量。在巷道支護(hù)優(yōu)化方案全面實(shí)施之后要選取兩個(gè)位置采取監(jiān)控，可以合理選用十字監(jiān)測(cè)法。對(duì)監(jiān)測(cè)位置進(jìn)行測(cè)量計(jì)算，獲取遷移變化基本速率。在巷道掘進(jìn)施工作業(yè)中，對(duì)巷道產(chǎn)生的各項(xiàng)影響能分為三個(gè)階段、勁烈影響階段、平衡階段、穩(wěn)定時(shí)期。在10d時(shí)間段內(nèi)圍巖處于劇烈運(yùn)動(dòng)中，隨著時(shí)間不斷推移，在30d之后圍巖能朝著穩(wěn)定狀態(tài)，在60d之后趨于穩(wěn)定。在巷道掘進(jìn)施工作業(yè)中，普通支護(hù)區(qū)域巷道頂?shù)装迨諗克俾瘦^高，其中變形速率能控制在6.7mm/d。支護(hù)方案全面改進(jìn)之后，最大收斂速率能控制在3.2mm/d。巷道處于初始階段掘進(jìn)施工中，在20d左右便會(huì)產(chǎn)生較為劇烈的運(yùn)動(dòng)，而后圍巖運(yùn)動(dòng)開始處于平穩(wěn)狀態(tài)。

結(jié)語：

綜合上述，在煤礦開采中合理應(yīng)用小煤柱支護(hù)施工技術(shù)，要保障巷道支護(hù)參數(shù)更加合理，能對(duì)資源浪費(fèi)等問題進(jìn)行控制。應(yīng)用小煤柱開采施工技術(shù)能保障煤礦開采作業(yè)施工穩(wěn)定性與安全性能全面提升，有助于降低巷道承受的載荷作用，維護(hù)便捷性較高，能提升煤炭資源回采率。

參考文獻(xiàn)：

[1]王川賓.小煤柱開采技術(shù)應(yīng)用分析[J].能源與節(jié)能，2017（10）：151-152，186.

[2]李恒周.小煤柱支護(hù)工藝技術(shù)應(yīng)用分析[J].江西煤炭科技，2018（3）：69-71.

[3]郭太.綜采過上覆采空區(qū)煤柱開采工藝研究[J].山東煤炭科技，2017（8）：9-10.