浅埋缓斜厚煤层沿空掘巷支护技术研究.doc

浅埋缓斜厚煤层沿空掘巷支护技术研究
崔非非陈洋
（山东科技大学，山东青岛266590）
摘要：小煤柱沿空掘巷技术由于具有节约资源和有效隔断采空区水和有害气体的优点，正逐渐被大多数煤矿所采用。但许多煤矿由于采掘接替紧张，沿空掘巷受相邻工作面动压影响十分显著，因此有必要对沿空掘巷支护技术进行相关研究。
关键词：动压小煤柱沿空掘巷支护技术
福城煤矿是山东能源新矿集团在内蒙古上海庙矿区新建的大型矿井，产量达到260万t/a。目前主采9号煤层，平均煤厚4.50m。煤层顶板为浅灰色灰岩，致密块状，含有生物化石碎屑，厚2.0m，再上为黑灰色砂质泥岩，砂状结构，斜层理构造，厚0.00～7.09m；黑灰色粉砂岩，厚7.03m。底板为浅灰色细-粉砂岩。
1902N工作面回风巷为小煤柱沿空掘巷，与1901N工作面采空区之间为6m小煤柱，巷道毛断面超过18.0m2，属于大断面巷道。1901N工作面刚刚回采完毕，采空区顶板运动尚未稳定，1902N回风巷受1901N工作面动压影响显著，因此本文对9煤的支护方式和参数进行了相关研究。
1巷道支护设计方法
锚杆支护设计采用动态信息设计法。初始设计步骤包括试验点调查和地质力学评估、数值模拟和初始设计。试验点调查包括围岩强度、围岩结构、地应力等内容，在此基础上进行地质力学评估，为初始设计提供可靠的参数。初始设计采用数值计算和经验法相结合进行，根据围岩参数和已有实测数据确定出比较合理的初始设计。
2试验点调查和地质力学评估
根据围岩强度井下原位测试结果，9煤单轴抗压强度在20MPa左右，顶板灰岩单轴抗压强度超过130MPa，顶板泥岩单轴抗压强度在32~40MPa之间。
根据地质报告以及临近工作面掘进地质资料，回风顺槽掘进期间可能遇到7条正断层，分别位于巷道642m、820m、828m、834m、1106m、1126m、1370m处，断层均为正断层。运输顺槽掘进期间可能遇到4条正断层，分别在353m、502m、1097m及1363m处，工作面施工范围内无河流冲刷、陷落柱、岩浆侵入体等特殊构造。
福城煤矿没有进行过地应力测量，根据地质资料分析和井下走访调查，预计地应力不会太大。回风顺槽受1901N工作面采空区影响，巷道压力会较大。
3支护参数选取原则
3.1锚杆预应力
预应力是锚杆支护系统的决定性参数。预应力过低，导致锚杆支护产生的附加应力值小，形成的压应力区范围小，有效压应力区孤立分布，不能连成整体。在高预应力下，锚杆支护产生的附加应力场应力值大，形成的压应力区范围广，有效压应力区几乎覆盖了整个顶板，形成有机的整体，锚杆的主动支护作用得到充分发挥。
预应力选择原则是：使锚固区不产生明显离层和拉应力区。比较合理的锚杆预应力取值范围应达到杆体屈服强度的30~50%。锚杆直径越大，强度越高，则锚杆预应力越大。

a-预应力20kNb-预应力100kN
图1不同锚杆预应力形成的附加应力场分布
3.2锚杆长度
随着锚杆长度增加，压应力区范围与厚度增加，锚杆作用范围扩大。但锚杆长度中上部分的压应力减小；两锚杆之间中部围岩的压应力减小。在预应力一定的条件下，锚杆越长，预应力的作用越不明显，主动支护性越差。锚杆越长，施加的预应力应越大。反过来，通过提高预应力，可适当减小锚杆长度。因此，合理的锚杆长度应与锚杆预应力、强度相匹配，形成有效的支护系统，实现良好的支护效果。
3.3锚杆密度
在一定预应力下，单根锚杆周围形成了类似锥形的压应力分布区域，压应力在锚杆尾部附近最大，锚固起始处附近次之，锚杆自由段中部较小，锚杆端部处于近零应力和较小的拉应力状态。锚杆间距过大，单根锚杆形成的锥形压应力区域彼此是独立的，不能形成整体支护结构。随着锚杆间距缩小，单根锚杆形成的锥形压应力区逐渐靠近、相互叠加，连成一体，形成整体支护结构，当锚杆增加到一定程度，再增加支护密度，对有效压应力区扩大、锚杆预应力的扩散作用变得不明显。通过提高锚杆的预应力，可增加锚杆的间排距，明显降低锚杆支护密度。
3.4锚固方式
锚固方式不同，锚杆附加应力场分布有较大区别。端部锚固锚杆预应力作用范围较大，但是锚杆自由段中部压应力较小，形成类似“葫芦”形的压应力分布区；加长锚固锚杆预应力作用范围比端锚小，形成的有效压应力区厚度小，形成类似锥形的压应力分布区；全长锚固锚杆预应力作用范围更小，有效压应力区厚度小，形成类似“高脚杯”形的压应力分布区。
全长锚固与加长锚固的效果均比端部锚固差。提高全长锚固与加长锚固锚杆预应力扩散效果的有效途径是实现先施加预应力，树脂药卷后固化。通过采用这种结构，可适当减少锚杆长度。
3.5锚杆角度
顶板角锚杆的角度对应力场分布有显著影响。垂直布置时，角锚杆与中部锚杆形成的有效压应力区相互连接与叠加，在顶板形成厚度较大、分布比较均匀的压应力区，覆盖