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【摘要】介绍了锚网索加单体走向棚支护技术在小煤柱沿空掘巷工作面的成功实践，并就该技术掘进期间的矿压显现规律作了分析，证明了其支护的可行性和经济的适用性。
【关键词】沿空巷道;小煤柱;锚网索;单体走向棚支护
0.概述
淮北矿业集团杨庄矿一直以来在工作面上风巷的布置，留设5～6m煤柱，其支护方式一致采用架棚支护。但经过多年实践证明，采用上述布置及支护方式的巷道在掘进后变形相当严重，特别是在受工作面采动超前压力影响时，巷道断面大幅度减小，经常造成不足6m2,局部地段甚至折断支架，导致巷道阻塞，严重影响安全生产。
实践表明，该矿区段煤柱应力集中区段一般为距采空区边缘6～20m,最大峰值区域约在10～15m,为避开较大的应力集中区，同时尽量减少煤炭资源损失，无煤柱或小煤柱沿空掘巷便成为区段巷道布置的首选。由于无煤柱沿空掘巷受向上阶段回采与掘进间隔时间及围岩稳定程度的限制，具有一定的风险。因此，该矿在III512上风巷选择了小煤柱沿空掘巷支护，即将区段净煤柱缩小至2m,加上巷道实际宽度4m,保证了巷道位于区段煤柱6m以内的应力衰减区。但如何在失去支撑能力的2m煤柱条件下应用锚杆索支护，如何做到有效支撑顶板，就成为了巷道支护选择的关键。目前，煤炭同行中，解决这一问题的方法大致有2种：①预注强力加固材料对煤柱进行加固，然后采用锚杆索支护；②加大煤柱宽度采用密集金属支架支护。以上2种方法一次投入成本都较高，同时采用预注加固材料加固煤柱时还受凝固时间等待的影响，不符合该矿开采实际。因此该矿在对III512上风巷进行了综合分析后，提出了锚网索加单体走向棚支护試验。
1.试验巷道的地质条件
试验巷道为该矿5煤层III512综采工作面上风巷，巷道掘进范围内5煤层赋存较稳定，平均厚度2.35～3.62m,煤层倾角8°，煤层顶板属复合顶，复合顶岩性自下向上依次为：①5煤层伪顶，碳质泥岩，平均厚度0.7m；②4煤层，平均厚度0.75m；③4煤层直接顶，砂岩及砂质泥岩，平均厚3.6～7.2m。5煤层直接底为泥岩及中砂岩，平均厚1.7～5.28m。III512上风巷距III511采空区净煤柱2m。
2.试验巷道支护方案的设计原则
试验巷道支护方案的设计原则是：必须保持顶板的完整性，确保巷道顶板在两帮支护载体的作用下，能够形成应力均匀分布的支护体系，相互协调，共同承载。因此该支护方案的设计过程必须考虑以下几点：
（1）上阶段工作面回采结束时间与试验巷道掘进时间间隔仅2年左右。因此试验巷道上覆顶板在III511工作面采完后大致呈两种状态： 一种是悬梁状态，一种是开采过程中采空区矸石滚入悬臂梁下形成的临时载体支承状态。
（2）试验巷道距III511采空区煤柱仅2m，并且在上区段开采期间，由于采空区顶板的大面积冒落，必然对试验巷道内的5煤层顶板造成强烈破坏，并将产生断裂缝隙。因此，试验巷道顶部及帮部锚杆、锚索的布置必须相互协调成一个共同承载的有机整体。
（3）试验巷采空区侧2m煤柱在受III511工作面采动影响后，其自身支撑强度大幅度降低，对试验巷道上覆顶板起不了支撑作用，所以巷道上帮不能采用锚杆支护，必须采用单体走向棚进行支护补强。
（4）试验巷道下帮煤体在该次试验中，对上覆顶板呈强支撑状态，所以其下帮支护强度必须安全可靠，以保证对巷道顶板呈主动支护状态。
（5）顶板支护必须及时可靠，巷道开掘后，由于围岩的变形、地应力的重新分布，不可避免地会导致顶板早期下沉，所以顶板支护及时，将从很大程度上减缓两帮载体的受力。
（6）试验巷道5煤层伪顶岩性较差，同时由于受III511工作面的采动影响，其煤（岩）层的自身强度及层理间黏结程度极弱，掘进时随掘随冒，对顶板管理不利，而5煤层直接顶岩性较好，因此决定试验巷道跟5煤层直接顶掘进。
3.锚网索加单体走向棚支护设计方案
3.1巷道断面设计
根据支护方案设计原则，III512上风巷沿5煤层直接顶掘进，巷道断面形状设计为斜矩形。根据巷道断面的使用要求，该试验巷道断面设计的技术参数如下：巷宽4.0m，巷高2.8m，掘进断面11.2m2。
3.2锚网索加单体走向棚支护设计
锚网索支护采用3根?准20mm x 8000mm锚索、2根?准20mm x 2500mm高强锚杆配合12号槽钢梁、10号铁丝菱形金属网联合支护，锚杆（索）间排距800mm x 700mm。
帮部支护采用2种形式：一种是上帮采用单体走向棚支护，单体走向棚由长度为1.4m的14号槽钢顶梁、固梁用的?准16mm x 1600mm普通锚杆以及长度为3.2m的矿用11号工字钢柱腿、12号铁丝菱形金属网和?准50mm的塘柴棍构成，单体棚棚距为600mm。另一种是下帮采用?准20mm x 2500mm普通锚杆配合?准16mm钢筋梯子梁、10号铁丝菱形金属网支护，相邻锚杆间距自顶向底为650，800，800mm，排距均为700mm。
4.矿压观测结果分析
4.1巷道两帮围岩表面位移结果见表1
表1为试验巷道锚梁网加单体走向棚支护掘进及无采掘期间围岩表面相对位移及移近速度观测结果。从表上观测数据分析可知：在掘进期间，巷道顶底板移近速度平均每天8.5～13.3mm，两帮移近速度平均每天11.5～13.2mm；在无采掘活动期间，巷道顶底板移近速度平均每天3.3～6.8mm，两帮移近速度平均每天3.8～5.7mm。上述现象表明，该巷道围岩变形相对较大，并且巷道围岩变形主要发生在掘进期间。
4.2巷道顶板围岩位移观测结果见表2
表2为试验巷道顶板围岩位移观测结果，从表上观测数据可以看出：①巷道顶板围岩位移是由浅部向深部逐渐发展的，并且在6m深基点处也有位移产生，这说明巷道顶板围岩稳定点在6m以上，锚索锚固终端位置应该在6mm以上，因此，试验巷道顶部锚索长度选用8m是合理的；②试验巷道顶板围岩深基点与浅基点的位移差值均不大，最大值只有5mm，这说明巷道顶板为整体下沉，锚杆及锚索固范围内没有出现离层现象。
4.3锚杆、锚索受力观测结果分析
巷道锚杆、锚索受力具有以下特点：①巷道顶板锚杆、锚索受力增幅均不大，除在安装初期，载荷有较平缓的增幅外，随后趋于稳定状态，这说明试验巷道顶部锚杆、锚索、锚固范围内的顶板岩层没有出现离层，其完整性没有遭到破坏。②巷道下帮锚杆稳定工作载荷比顶板锚杆大，并且在安装初期，下帮锚杆的载荷增幅比顶板大，其只要原因是由于下帮煤体为巷道顶板主要支撑载体，对上覆顶板呈强支撑状态。
5.结论
通过试验研究，与传统的架棚联合支护相比主要优点有:
（1）巷道支护形式由被动支护转换为主动支护，巷道变形和收缩量比架棚小，保证了足够的通风和进料断面，节约了生产成本。
（2）提高了施工进度，减少了劳动强度。若采用架棚支护，巷道掘进及工作面回采期间均需要大量劳动力进行运料和回收，而此支护方式避免了这一点。
（3）节约了支护成本，巷道采用锚梁网＋单体走向棚支护，每米巷道所需支护材料费用1568元，而若采用架棚支护，每米巷道所需支护材料费用4905元。因此，锚梁网加单体走向棚联合支护与架棚支护相比，每米巷道节约一次性支护材料费用3337元，经济效益显著。■
【关键词】沿空巷道;小煤柱;锚网索;单体走向棚支护
0.概述
淮北矿业集团杨庄矿一直以来在工作面上风巷的布置，留设5～6m煤柱，其支护方式一致采用架棚支护。但经过多年实践证明，采用上述布置及支护方式的巷道在掘进后变形相当严重，特别是在受工作面采动超前压力影响时，巷道断面大幅度减小，经常造成不足6m2,局部地段甚至折断支架，导致巷道阻塞，严重影响安全生产。
实践表明，该矿区段煤柱应力集中区段一般为距采空区边缘6～20m,最大峰值区域约在10～15m,为避开较大的应力集中区，同时尽量减少煤炭资源损失，无煤柱或小煤柱沿空掘巷便成为区段巷道布置的首选。由于无煤柱沿空掘巷受向上阶段回采与掘进间隔时间及围岩稳定程度的限制，具有一定的风险。因此，该矿在III512上风巷选择了小煤柱沿空掘巷支护，即将区段净煤柱缩小至2m,加上巷道实际宽度4m,保证了巷道位于区段煤柱6m以内的应力衰减区。但如何在失去支撑能力的2m煤柱条件下应用锚杆索支护，如何做到有效支撑顶板，就成为了巷道支护选择的关键。目前，煤炭同行中，解决这一问题的方法大致有2种：①预注强力加固材料对煤柱进行加固，然后采用锚杆索支护；②加大煤柱宽度采用密集金属支架支护。以上2种方法一次投入成本都较高，同时采用预注加固材料加固煤柱时还受凝固时间等待的影响，不符合该矿开采实际。因此该矿在对III512上风巷进行了综合分析后，提出了锚网索加单体走向棚支护試验。
1.试验巷道的地质条件
试验巷道为该矿5煤层III512综采工作面上风巷，巷道掘进范围内5煤层赋存较稳定，平均厚度2.35～3.62m,煤层倾角8°，煤层顶板属复合顶，复合顶岩性自下向上依次为：①5煤层伪顶，碳质泥岩，平均厚度0.7m；②4煤层，平均厚度0.75m；③4煤层直接顶，砂岩及砂质泥岩，平均厚3.6～7.2m。5煤层直接底为泥岩及中砂岩，平均厚1.7～5.28m。III512上风巷距III511采空区净煤柱2m。
2.试验巷道支护方案的设计原则
试验巷道支护方案的设计原则是：必须保持顶板的完整性，确保巷道顶板在两帮支护载体的作用下，能够形成应力均匀分布的支护体系，相互协调，共同承载。因此该支护方案的设计过程必须考虑以下几点：
（1）上阶段工作面回采结束时间与试验巷道掘进时间间隔仅2年左右。因此试验巷道上覆顶板在III511工作面采完后大致呈两种状态： 一种是悬梁状态，一种是开采过程中采空区矸石滚入悬臂梁下形成的临时载体支承状态。
（2）试验巷道距III511采空区煤柱仅2m，并且在上区段开采期间，由于采空区顶板的大面积冒落，必然对试验巷道内的5煤层顶板造成强烈破坏，并将产生断裂缝隙。因此，试验巷道顶部及帮部锚杆、锚索的布置必须相互协调成一个共同承载的有机整体。
（3）试验巷采空区侧2m煤柱在受III511工作面采动影响后，其自身支撑强度大幅度降低，对试验巷道上覆顶板起不了支撑作用，所以巷道上帮不能采用锚杆支护，必须采用单体走向棚进行支护补强。
（4）试验巷道下帮煤体在该次试验中，对上覆顶板呈强支撑状态，所以其下帮支护强度必须安全可靠，以保证对巷道顶板呈主动支护状态。
（5）顶板支护必须及时可靠，巷道开掘后，由于围岩的变形、地应力的重新分布，不可避免地会导致顶板早期下沉，所以顶板支护及时，将从很大程度上减缓两帮载体的受力。
（6）试验巷道5煤层伪顶岩性较差，同时由于受III511工作面的采动影响，其煤（岩）层的自身强度及层理间黏结程度极弱，掘进时随掘随冒，对顶板管理不利，而5煤层直接顶岩性较好，因此决定试验巷道跟5煤层直接顶掘进。
3.锚网索加单体走向棚支护设计方案
3.1巷道断面设计
根据支护方案设计原则，III512上风巷沿5煤层直接顶掘进，巷道断面形状设计为斜矩形。根据巷道断面的使用要求，该试验巷道断面设计的技术参数如下：巷宽4.0m，巷高2.8m，掘进断面11.2m2。
3.2锚网索加单体走向棚支护设计
锚网索支护采用3根?准20mm x 8000mm锚索、2根?准20mm x 2500mm高强锚杆配合12号槽钢梁、10号铁丝菱形金属网联合支护，锚杆（索）间排距800mm x 700mm。
帮部支护采用2种形式：一种是上帮采用单体走向棚支护，单体走向棚由长度为1.4m的14号槽钢顶梁、固梁用的?准16mm x 1600mm普通锚杆以及长度为3.2m的矿用11号工字钢柱腿、12号铁丝菱形金属网和?准50mm的塘柴棍构成，单体棚棚距为600mm。另一种是下帮采用?准20mm x 2500mm普通锚杆配合?准16mm钢筋梯子梁、10号铁丝菱形金属网支护，相邻锚杆间距自顶向底为650，800，800mm，排距均为700mm。
4.矿压观测结果分析
4.1巷道两帮围岩表面位移结果见表1
表1为试验巷道锚梁网加单体走向棚支护掘进及无采掘期间围岩表面相对位移及移近速度观测结果。从表上观测数据分析可知：在掘进期间，巷道顶底板移近速度平均每天8.5～13.3mm，两帮移近速度平均每天11.5～13.2mm；在无采掘活动期间，巷道顶底板移近速度平均每天3.3～6.8mm，两帮移近速度平均每天3.8～5.7mm。上述现象表明，该巷道围岩变形相对较大，并且巷道围岩变形主要发生在掘进期间。
4.2巷道顶板围岩位移观测结果见表2
表2为试验巷道顶板围岩位移观测结果，从表上观测数据可以看出：①巷道顶板围岩位移是由浅部向深部逐渐发展的，并且在6m深基点处也有位移产生，这说明巷道顶板围岩稳定点在6m以上，锚索锚固终端位置应该在6mm以上，因此，试验巷道顶部锚索长度选用8m是合理的；②试验巷道顶板围岩深基点与浅基点的位移差值均不大，最大值只有5mm，这说明巷道顶板为整体下沉，锚杆及锚索固范围内没有出现离层现象。
4.3锚杆、锚索受力观测结果分析
巷道锚杆、锚索受力具有以下特点：①巷道顶板锚杆、锚索受力增幅均不大，除在安装初期，载荷有较平缓的增幅外，随后趋于稳定状态，这说明试验巷道顶部锚杆、锚索、锚固范围内的顶板岩层没有出现离层，其完整性没有遭到破坏。②巷道下帮锚杆稳定工作载荷比顶板锚杆大，并且在安装初期，下帮锚杆的载荷增幅比顶板大，其只要原因是由于下帮煤体为巷道顶板主要支撑载体，对上覆顶板呈强支撑状态。
5.结论
通过试验研究，与传统的架棚联合支护相比主要优点有:
（1）巷道支护形式由被动支护转换为主动支护，巷道变形和收缩量比架棚小，保证了足够的通风和进料断面，节约了生产成本。
（2）提高了施工进度，减少了劳动强度。若采用架棚支护，巷道掘进及工作面回采期间均需要大量劳动力进行运料和回收，而此支护方式避免了这一点。
（3）节约了支护成本，巷道采用锚梁网＋单体走向棚支护，每米巷道所需支护材料费用1568元，而若采用架棚支护，每米巷道所需支护材料费用4905元。因此，锚梁网加单体走向棚联合支护与架棚支护相比，每米巷道节约一次性支护材料费用3337元，经济效益显著。■