沿空掘巷窄煤柱變形及控制措施

（霍州煤電集團汾源煤業(yè)有限公司 山西 034000）

引言

沿空窄煤柱受力后裂隙發(fā)育，容易出現(xiàn)漏風及有害氣體的泄露，且該煤層為自燃煤層，需加強“一通三防”管理，采取有效防滅火措施，以免引發(fā)煤層自燃火災。在頂板破碎帶、地質(zhì)構(gòu)造帶，尤其向斜的軸部附近，巷道圍巖變形量大，較長時間內(nèi)圍巖變形不穩(wěn)定，需加強礦壓監(jiān)測，加大監(jiān)測密度和頻次，以便有針對性地采取有效加固措施。需加強防治水管理，沿空窄煤柱，不能有效隔絕采空區(qū)內(nèi)積水，極容易發(fā)生采空區(qū)積水滲漏、突出事故，輕則影響施工進度，重則發(fā)生安全事故，需采取有效的疏排水措施，嚴格執(zhí)行“有掘必探，先探后掘”的探放水制度，防患于未然。沿空掘巷帶來經(jīng)濟效益的同時，也帶來了更多潛在的安全隱患，對安全管理是一種挑戰(zhàn)、考驗。

1.窄煤柱研究現(xiàn)狀

煤柱的寬窄度給巷道帶來的干擾重點包含兩大方面：第一，煤柱的寬窄度會給巷道圍巖中的應力帶來較大影響；第二，煤柱的寬窄度會給巷道圍巖的整體性和完善性帶來一定影響。另外煤柱的寬窄度還會影響到沿空掘進巷道的形變損壞規(guī)律、應力變化情況以及圍巖的安全穩(wěn)固性。世界各地的相關(guān)人士均對沿空掘進巷道中的煤柱支護進行了大量探究工作，并收獲了較多成果。包括：第一，對沿空掘進巷道的窄煤柱進行預留時，應該將巷道的方位設置在側(cè)方殘留支撐壓力最高區(qū)域的周邊，在對巷道進行掘進時會對側(cè)方支撐壓力的布控帶來影響，所以，在對沿空掘進巷道的窄煤柱進行預留時不但會在采掘過程中圍巖會出現(xiàn)嚴重的形變問題，并且在挖掘完畢后的穩(wěn)固過程中也依然會持續(xù)出現(xiàn)不同程度的形變問題。第二，在對沿空掘進巷道的窄煤柱進行預留時，由于窄煤柱出現(xiàn)了損壞問題、煤柱起到的支撐力變小，而提升了巷道的寬度與懸頂?shù)拈L距，導致巷道所承受的壓力激增、維護工作的難度也隨之提升。第三，窄煤柱中的裂痕、縫隙不斷擴充，嚴重時還會出現(xiàn)破碎問題，導致出現(xiàn)漏風問題。第四，對掘進巷道中的窄煤柱進行預留能夠充分優(yōu)化掘進環(huán)境，能夠有效提升掘進的效率，也可以在采空區(qū)的隔離問題上帶來促進作用。世界各地的相關(guān)專家與技術(shù)工人均對巷道寬度和巷道圍巖穩(wěn)固性之間的聯(lián)系進行了深刻探究。因為地質(zhì)情況與采掘環(huán)境的差異，針對煤柱設置寬度的適宜性有不同的見解，煤柱寬度設置的適宜度大概在1-5m和20-30m之間。一些專家提出：在對窄煤柱的沿空掘進巷道進行預留時，巷道主要處在裂隙較多的范圍中，在挖掘開采時容易受到干擾而降低了巷道的穩(wěn)固性，這種情況下的煤柱寬度必須高于15m。

2.窄煤柱圍巖變形規(guī)律分析

在對工作面進行回采作業(yè)以后，巷道極易遭受采動壓力的干擾，出現(xiàn)應力提高的現(xiàn)象；而在窄煤柱的應力不斷提高的情況下就少不了圍巖發(fā)生形變的問題，針對維護巷道的窄煤柱來講，重點的形變問題表現(xiàn)在煤柱中煤炭的移動問題。較大的煤礦巷道中孤島型的煤柱，對留設窄煤柱沿空掘進巷道進行回采的過程中，圍巖水平移動期間產(chǎn)生的特點為：第一，因為工作面中預先支撐壓力的干擾，會導致窄煤柱的移動程度急劇增大。第二，在窄煤柱中煤體的移動程度和窄煤柱的寬窄度設置情況是成正比的。其中窄煤柱的寬窄度在4-9m之間，而巷道中窄煤柱幫的移動程度會伴隨煤柱寬度的提高而變大，由307mm提升至699mm，因為3m寬的窄煤柱在寬度上并不高，導致在回采工作進行的過程中巷道產(chǎn)生了窄煤柱不穩(wěn)的情況。所以，因為顧及到煤柱穩(wěn)固度與隔離采空區(qū)的影響，在沿空掘巷中將煤柱的寬度設置在5m是最為適宜的。

3.煤柱穩(wěn)定性控制措施

巷道中煤柱是否擁有較高的穩(wěn)固性，與完整區(qū)的長距有很大關(guān)系。想要使煤柱擁有較高的穩(wěn)固性，可適當降低內(nèi)部裂隙部分的長距，也可以適當提高內(nèi)部裂隙部分的承重水平。第一，降低內(nèi)部裂隙部分的長距。之所以會出現(xiàn)內(nèi)部裂隙區(qū)，重點是因為長錨桿失去了支護的能力，而內(nèi)部裂隙區(qū)的完整度則是由短錨桿的錨固情況來決定的。如果想確保外部裂隙區(qū)的完整性不被破壞，同時又能降低內(nèi)部裂隙區(qū)的長距，就需要在長錨桿上設置接近短錨桿的錨固點。也就是說要對錨固的模式進行轉(zhuǎn)變，從過去的端錨模式改變?yōu)樾滦偷娜^模式，還可以將強度更高的錨固劑運用到內(nèi)部裂隙區(qū)中。此外，對螺紋的距離、長錨桿的直徑長度、牙的厚度以及接觸的高度等相關(guān)數(shù)據(jù)進行增加。利用以上方式，不但能夠提升長錨桿的支撐保護水平，還能夠提升內(nèi)部裂隙區(qū)周邊的抗剪程度與摩擦角，進而充分降低內(nèi)部裂隙區(qū)逐漸惡化后的破壞力。第二，對內(nèi)部裂隙區(qū)的承重水平進行提升。針對已出現(xiàn)擴張破壞力的內(nèi)部裂隙區(qū)，就算利用以上解決方式也已經(jīng)無法挽回局面。對內(nèi)部裂隙區(qū)開展灌漿工作，可利用填充粘結(jié)內(nèi)部裂隙區(qū)中擴充破壞力，達到提升豎向上的承重能力、水平形式的擠壓力以及抗剪能力等。不但能夠提高內(nèi)部裂隙區(qū)的承重能力，還能有效提升完整裂隙區(qū)的圍壓。第三，強化煤柱的承重水平。利用灌漿的方式對沿空掘進巷道進行穩(wěn)固度的提升。在對煤柱進行灌漿增固期間，漿液會慢慢流通到煤體中交錯的裂隙內(nèi)，在相應的時間中漿液便會凝結(jié)固定，進而把裂隙和碎裂的煤炭充分粘連起來，增加煤柱的統(tǒng)一、完整性。在煤柱中形成強度較高的集中化應力時，固結(jié)材料擁有較強的粘連性與柔韌性，可有效提升煤柱的承重水平。另外，在對煤柱進行灌漿加固時，所采用的漿液均屬于高水速凝型的，其特點為：凝固性強、資金投入低等。

4.支護技術(shù)研究

第一，打眼工作。使用手動型的風動鉆機進行打孔，孔洞的直徑為42mm，孔洞的深度在2-2.1m。第二，錨索的裝配與固定工作。首要任務就是對排氣管進行安裝加固，對錨索進行拉直處理，在離錨索頂部25-45mm的部分利用粘膠物質(zhì)把錨索和排氣管道粘連起來，固定的長距是1m，如果用膠帶進行固定，要注意不可纏繞太緊，避免對排氣管造成太大壓力，而出現(xiàn)氣流不順的問題。在設置排氣管時，要注意其長度必須超過外露錨索長度的2-3m。其次是對灌漿所用的管道進行加固，在錨索的裸露區(qū)域利用膠帶把直徑在20mm的灌漿管道加固起來，灌漿用的管道通常需要進到錨索孔中一定的長距，一般這一長距在0.6-1.1m之間，灌漿管道的另一頭同樣需要超過錨索孔大概400mm的長距。最后一步就是把以上加固好的排氣管道與灌漿管道的錨索輸送到事先設置的鉆孔內(nèi)，在輸送放置期間應該注意小心謹慎，以免灌漿管道與排氣管道出現(xiàn)脫落問題。第三，對孔洞進行封堵。首要任務就是利用棉紗在錨索的周圍實施封堵處理，而后將速凝的泥漿灌注進去達到更好的封堵效果，封堵孔洞的長距大都在250mm，預防漿液向外溢出的情況發(fā)生。第四，灌漿工作。這一工作重點分為五個步驟。①根據(jù)相應的比例將水與水泥添摻合在一起，摻合水玻璃的量是水泥總重量的3%，也就是每50kg的水泥中需要添加1.1L的水玻璃，然后均勻的拌合在一起。檢驗灌漿管道和注漿是不是已經(jīng)連接完好，將排氣管道的一頭輸送到裝滿了水的桶內(nèi)。②對灌漿泵與攪拌機進行開啟，將漿液灌注到錨索孔洞中。灌注到排氣管道中不再有氣泡冒出的情況就算灌注已滿，這時便可以將攪拌機與灌漿泵關(guān)停掉，然后拆卸掉連接套。③灌漿期間，想要確保高質(zhì)量完成就必須進行一次性不間斷的灌注，想要保證在灌漿期間不出現(xiàn)堵塞問題，在灌漿期間要盡可能縮減停留的時長，通常不得超出一分鐘的時間，另外還要對灌漿泵上的壓力表進行觀察，預防出現(xiàn)堵塞問題導致灌漿管道出現(xiàn)裂損問題。④灌漿工作完成以后，需要對灌漿泵與攪拌機開展清潔工作，通常需要在桶中加入相應量的清水，另外還需要在清水中加入適當?shù)臐櫥?，而后將灌漿泵開啟讓殘余在其中的漿液清除掉，預防殘余的漿液將管道封堵住，導致機器出現(xiàn)損毀問題。⑤對錨索托盤進行裝配，強化預緊力。在進行完畢錨索灌漿工作以后，通常必須留出大概一天的時間來進行凝固，而后再裝配上托盤將螺母緊固。

5.結(jié)束語

綜上所述，得出以下結(jié)論：（1）掘進期間，窄煤柱寬度對窄煤柱內(nèi)最大垂直應力峰值有較大的影響，護巷窄煤柱寬度的增大直接導致了護巷窄煤柱內(nèi)的圍巖應力集中系數(shù)增加；回采期間，寬度較大的窄煤柱，由于承載能力較強，能夠承受住超前支承壓力，窄煤柱中的圍巖應力則有較大的增幅。（2）掘進期間，護巷窄煤柱內(nèi)煤體的水平位移隨著窄煤柱寬度的增大而增加，但是其達到一定變形量之后，增加量就變小，并且逐漸穩(wěn)定；回采期間，在工作面超前支承壓力的影響下，窄煤柱的水平位移量增加較大，是掘進期間的4～8倍，窄煤柱內(nèi)煤體的水平位移量與窄煤柱寬度基本上呈正比關(guān)系。