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[摘 要]针对许疃煤矿3220综采工作面机巷小煤柱沿空掘巷支护技术难题进行研究分析，分析了小煤柱沿空巷道的受力特点，提出了锚带网+点柱+锚索联合支护技术，生产实践表明：3220综采工作面机巷从施工至回采结束，巷道未出现顶板离层、片帮及较大的位移现象，能够有效控制围岩变形，满足安全生产的需要。
[关键词]小煤柱 沿空掘巷 联合支护 围岩变形
中图分类号：TD3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）15-0044-01
0、前言
小煤柱沿空掘巷提高了煤炭资源回收率，解决了工作面漏风问题，但沿空巷道受上一个工作面开采引起的支承压力的影响，表现出巷道初始变形速度大，变形趋向稳定后仍以较大速度产生流变，持续时间很长，容易导致巷道失稳破坏，不仅顶板变形易冒落，底板也产生强烈底鼓，两帮移近量大，巷道自稳能力差，自稳时间短等特点。
许疃煤矿针对小煤柱沿空巷道变形特点，曾提出工字钢棚、可缩性U型钢棚等支护方式，但从现场实际支护效果来看并不理想，受高应力作用，棚腿容易出现“跪腿子”现象，增加了巷道支护成本及维护成本，同时增加了工人劳动强度，影响了巷道掘进速度，也为后期工作面回采增加了回棚工序，为矿井的安全高效带来不利影响。
许疃煤矿3220工作面机巷针对小煤柱沿空巷道围岩受力特点，提出了锚带网+锚索联合支护，提高了巷道支护强度，有效减少了巷道变形，保障了矿井安全高效生产。
1、工程概况
3220工作面为许疃煤矿32块段的上提工作面，下区段（东）为3222工作面（已收作），工作面主要回采32煤层，煤层厚度2.2～3.0m，平均2.6m。煤层赋存较稳定，结构复杂，局部含一道夹矸，为泥岩或炭质泥岩，厚0～0.9m。煤层直接顶为泥岩，厚度为0～24.78m，平均为7.39m，老顶为细砂岩，厚度为3.32～8.75m，平均为6.14m，直接底为泥岩，厚度为1.2～7.85m，平均为4.00m，老底为细砂岩，厚度为1.75～6.04m，平均为3.10m。
本工作面地质构造复杂，主要构造是褶曲构造。但整体趋势平缓，煤层在走向上起伏不大。煤层倾角10～15°，平均12°。根据三维勘探资料及3222工作面掘进揭露的资料显示，该工作面较发育，共发育19条断层。
根据矿井工作面设计资料显示，3220工作面机巷与3222工作面（已回采）风巷煤柱净尺寸为4m。巷道设计断面为梯形，净尺寸为净宽×净高=4500×2600mm。
2、小煤柱受力分析
下区段工作面回采后，会在采空区外围形成支承压力带，随着远离采面和时间的延续，会逐渐趋向缓和与均化，最终形成残余支承压力。采空区上覆岩层垮落，老顶形成“O-X”破断。随着工作面推进，老顶周期性破断，破断后的岩块沿工作面走向方向形成砌体梁结构，在工作面端头破断形成弧形三角块。
小煤柱沿空巷道是指巷道与采空区之间保留5～8m宽的煤柱。巷道掘进前，采空区附近沿倾斜方向煤体内应力分布如图1所示。小煤柱沿空巷道掘进位置一般刚好处在残余的支承压力峰值下。巷道掘进后小煤柱遭到破坏而卸载，引起煤柱向巷道方向强烈移动。巷道另一侧的煤体，由原来受高压的弹性区，衍变为破裂区、塑性区；随着支承压力向煤体深部转移，煤体也向巷道方向显著位移，最终应力分布状态如图2所示。小煤柱巷道不仅在掘巷期间围岩强烈变形，巷道围岩一直保持较大的速度待续变形，顶板强烈下沉和底板臌起。
由于塑性区煤层处于压缩流变状态，加之采空区岩石的冒落，使采空区边缘处直接顶和老顶下沉，有可能使采空区边缘煤体上方的岩层产生裂缝。因此，小煤柱护巷能否保证巷道围岩的稳定，其关键在于小煤柱尺寸的大小和巷道的支护形式能否使巷道围岩形成具在一定承载能力的支护整体。
沿空小煤柱掘巷破坏了巷道上覆岩体的结构的稳定状态，同时在侧向支承压力的作用下，巷道压力及变形、破碎严重，致使围岩承载能力降低。随着工作面的推进，下区段回采形成的支承压力与本区段工作面回采形成的超前压力在工作面附近叠加，进一步恶化了巷道的围岩力学条件，表现为巷道在采支影响期间的变形量大，变形速度快。
3、支护方案及支护参数
支护方案：采用锚带网+点柱+锚索联合支护
支护参数：
顶板：采用M22 L=2400mm等强螺纹钢锚杆，锚杆间排距700×700mm，矩形布置，与岩面垂直，其中顶部两肩窝锚杆与顶板法线夹角为≮75°，初锚扭矩≮300N·m，锚固力≮80KN；采用Φ17.8 L=6300mm钢绞线锚索，配合使用 M4型钢带 L=4400mm，钢带沿巷道倾向方向布置，锚索间排距1500×1500mm，锚固力≮200KN。
帮部：采用M22 L=2400mm等强螺纹钢锚杆，锚杆间排距700×700mm，矩形布置，初锚扭矩≮200N·m，锚固力≮60KN；上帮离顶板1100mm处补打一根锚索，锚索规格Φ17.8 L=6300mm，锚索排距1500mm，锚固力≮200KN。配合使用 M4型钢带，上帮钢带长L=3100mm，下帮钢带长L=1600mm。
菱形金属网采用10#铁丝机械编制，网孔50×50mm，从后向前铺，顶网过肩窝≮200mm，在巷道帮部加网到帮部钢带下端超过钢带200mm；网间搭茬100～150mm，用网边缘钩条勾结牢固。
点柱为Φ≥180mm L=2800mm圆木，间距10m，点柱打在偏巷中100mm下帮顶钢带上并打在硬底上，顶部用木楔楔牢固，点柱紧跟缓冲架起始处，点柱之间必须栓防倒绳。
4、支护效果
由于巷道开掘后及时安装锚杆，锚杆能提供较高的增阻速度以控制第一阶段的变形量，在围岩蠕变阶段锚杆提供恒定的工作阻力，并可被拉伸一定的长度以适应围岩的大变形，使锚杆既能维护好围岩而不致垮落，又具有很好的让压性而不致损坏，从而保证巷道支护的安全可靠。由于沿空窄煤柱巷道煤帮的松动圈较大，巷道的实际跨度比非沿空巷道要大得多，通过施工锚索，加大了巷道支护强度，高质量的金属网和钢带能有效地控制锚杆之间非锚固岩层的变形，托住挤入巷道的岩石，确保了锚杆加固作用实现。
5、结束语
小煤柱沿空巷道采用锚带网+点柱+锚索联合支护技术与传统的架棚支护相比，施工工艺简单，机械化程度高，掘进速度快，大大减轻了工人劳动强度，效率较以往提高了50%，3220综采工作面机巷从施工至回采结束，巷道未出现顶板离层现象，两帮也未出现片帮及较大的位移，从生产实践来看，采用锚带网+点柱+锚索联合支护，能够有效控制围岩变形，有利于巷道顶板管理，满足安全生产的需要。
作者简介：
李根强（1984～），男，安徽宿州市人，2013年1月毕业于中国矿业大学。现任淮北矿业（集团）有限责任公司许疃煤矿综掘二区副区长。
[关键词]小煤柱 沿空掘巷 联合支护 围岩变形
中图分类号：TD3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）15-0044-01
0、前言
小煤柱沿空掘巷提高了煤炭资源回收率，解决了工作面漏风问题，但沿空巷道受上一个工作面开采引起的支承压力的影响，表现出巷道初始变形速度大，变形趋向稳定后仍以较大速度产生流变，持续时间很长，容易导致巷道失稳破坏，不仅顶板变形易冒落，底板也产生强烈底鼓，两帮移近量大，巷道自稳能力差，自稳时间短等特点。
许疃煤矿针对小煤柱沿空巷道变形特点，曾提出工字钢棚、可缩性U型钢棚等支护方式，但从现场实际支护效果来看并不理想，受高应力作用，棚腿容易出现“跪腿子”现象，增加了巷道支护成本及维护成本，同时增加了工人劳动强度，影响了巷道掘进速度，也为后期工作面回采增加了回棚工序，为矿井的安全高效带来不利影响。
许疃煤矿3220工作面机巷针对小煤柱沿空巷道围岩受力特点，提出了锚带网+锚索联合支护，提高了巷道支护强度，有效减少了巷道变形，保障了矿井安全高效生产。
1、工程概况
3220工作面为许疃煤矿32块段的上提工作面，下区段（东）为3222工作面（已收作），工作面主要回采32煤层，煤层厚度2.2～3.0m，平均2.6m。煤层赋存较稳定，结构复杂，局部含一道夹矸，为泥岩或炭质泥岩，厚0～0.9m。煤层直接顶为泥岩，厚度为0～24.78m，平均为7.39m，老顶为细砂岩，厚度为3.32～8.75m，平均为6.14m，直接底为泥岩，厚度为1.2～7.85m，平均为4.00m，老底为细砂岩，厚度为1.75～6.04m，平均为3.10m。
本工作面地质构造复杂，主要构造是褶曲构造。但整体趋势平缓，煤层在走向上起伏不大。煤层倾角10～15°，平均12°。根据三维勘探资料及3222工作面掘进揭露的资料显示，该工作面较发育，共发育19条断层。
根据矿井工作面设计资料显示，3220工作面机巷与3222工作面（已回采）风巷煤柱净尺寸为4m。巷道设计断面为梯形，净尺寸为净宽×净高=4500×2600mm。
2、小煤柱受力分析
下区段工作面回采后，会在采空区外围形成支承压力带，随着远离采面和时间的延续，会逐渐趋向缓和与均化，最终形成残余支承压力。采空区上覆岩层垮落，老顶形成“O-X”破断。随着工作面推进，老顶周期性破断，破断后的岩块沿工作面走向方向形成砌体梁结构，在工作面端头破断形成弧形三角块。
小煤柱沿空巷道是指巷道与采空区之间保留5～8m宽的煤柱。巷道掘进前，采空区附近沿倾斜方向煤体内应力分布如图1所示。小煤柱沿空巷道掘进位置一般刚好处在残余的支承压力峰值下。巷道掘进后小煤柱遭到破坏而卸载，引起煤柱向巷道方向强烈移动。巷道另一侧的煤体，由原来受高压的弹性区，衍变为破裂区、塑性区；随着支承压力向煤体深部转移，煤体也向巷道方向显著位移，最终应力分布状态如图2所示。小煤柱巷道不仅在掘巷期间围岩强烈变形，巷道围岩一直保持较大的速度待续变形，顶板强烈下沉和底板臌起。
由于塑性区煤层处于压缩流变状态，加之采空区岩石的冒落，使采空区边缘处直接顶和老顶下沉，有可能使采空区边缘煤体上方的岩层产生裂缝。因此，小煤柱护巷能否保证巷道围岩的稳定，其关键在于小煤柱尺寸的大小和巷道的支护形式能否使巷道围岩形成具在一定承载能力的支护整体。
沿空小煤柱掘巷破坏了巷道上覆岩体的结构的稳定状态，同时在侧向支承压力的作用下，巷道压力及变形、破碎严重，致使围岩承载能力降低。随着工作面的推进，下区段回采形成的支承压力与本区段工作面回采形成的超前压力在工作面附近叠加，进一步恶化了巷道的围岩力学条件，表现为巷道在采支影响期间的变形量大，变形速度快。
3、支护方案及支护参数
支护方案：采用锚带网+点柱+锚索联合支护
支护参数：
顶板：采用M22 L=2400mm等强螺纹钢锚杆，锚杆间排距700×700mm，矩形布置，与岩面垂直，其中顶部两肩窝锚杆与顶板法线夹角为≮75°，初锚扭矩≮300N·m，锚固力≮80KN；采用Φ17.8 L=6300mm钢绞线锚索，配合使用 M4型钢带 L=4400mm，钢带沿巷道倾向方向布置，锚索间排距1500×1500mm，锚固力≮200KN。
帮部：采用M22 L=2400mm等强螺纹钢锚杆，锚杆间排距700×700mm，矩形布置，初锚扭矩≮200N·m，锚固力≮60KN；上帮离顶板1100mm处补打一根锚索，锚索规格Φ17.8 L=6300mm，锚索排距1500mm，锚固力≮200KN。配合使用 M4型钢带，上帮钢带长L=3100mm，下帮钢带长L=1600mm。
菱形金属网采用10#铁丝机械编制，网孔50×50mm，从后向前铺，顶网过肩窝≮200mm，在巷道帮部加网到帮部钢带下端超过钢带200mm；网间搭茬100～150mm，用网边缘钩条勾结牢固。
点柱为Φ≥180mm L=2800mm圆木，间距10m，点柱打在偏巷中100mm下帮顶钢带上并打在硬底上，顶部用木楔楔牢固，点柱紧跟缓冲架起始处，点柱之间必须栓防倒绳。
4、支护效果
由于巷道开掘后及时安装锚杆，锚杆能提供较高的增阻速度以控制第一阶段的变形量，在围岩蠕变阶段锚杆提供恒定的工作阻力，并可被拉伸一定的长度以适应围岩的大变形，使锚杆既能维护好围岩而不致垮落，又具有很好的让压性而不致损坏，从而保证巷道支护的安全可靠。由于沿空窄煤柱巷道煤帮的松动圈较大，巷道的实际跨度比非沿空巷道要大得多，通过施工锚索，加大了巷道支护强度，高质量的金属网和钢带能有效地控制锚杆之间非锚固岩层的变形，托住挤入巷道的岩石，确保了锚杆加固作用实现。
5、结束语
小煤柱沿空巷道采用锚带网+点柱+锚索联合支护技术与传统的架棚支护相比，施工工艺简单，机械化程度高，掘进速度快，大大减轻了工人劳动强度，效率较以往提高了50%，3220综采工作面机巷从施工至回采结束，巷道未出现顶板离层现象，两帮也未出现片帮及较大的位移，从生产实践来看，采用锚带网+点柱+锚索联合支护，能够有效控制围岩变形，有利于巷道顶板管理，满足安全生产的需要。
作者简介：
李根强（1984～），男，安徽宿州市人，2013年1月毕业于中国矿业大学。现任淮北矿业（集团）有限责任公司许疃煤矿综掘二区副区长。