複合軟岩頂板、鬆軟煤層沿空掘巷理論探討
關鍵詞：複合軟岩 鬆軟煤層 沿空掘巷 理論探討
岱莊 煤礦位於山東濟寧煤田（東區）北部，其主采煤層為3上煤層，平均厚度2.53m，其頂板岩性以粉沙岩為主，次為泥岩。礦井采用綜合機械化一次采全高的采煤方法；在村莊非壓煤區采用長壁工作麵布置，在村莊壓煤區采用短壁條采工作麵布置。
1 礦井煤層賦存地質條件
礦井現開采二迭統山西組的3上層煤。3上主煤層純煤厚為0～4.99m，礦井平均厚度為2.03m，在可采範圍內平均厚度達2.53m；傾角00～120，平均50；該煤層黑色，棕黑色條痕，瀝青～弱玻璃光澤，細～中條帶狀構造，層狀結構，內外生裂隙均較發育，結構簡單，一般含一層夾石，最多含四層，夾矸岩性以泥岩為主。
2 岱莊礦巷道布置與圍岩情況
岱莊礦工作麵順槽沿煤層頂板布置。煤層頂板裂隙發育，節理多，為複合頂板。頂板以粉砂岩為主，次為泥岩、中砂岩和細砂岩，厚0.25m～30.59m，平均4.07m，局部見泥岩或粉砂岩尾頂一層，厚0.20一0.53m。抗壓強度：粉砂岩33.1～64.5MPa，中砂岩60～114. 9MPa，平均79.6MPa；泥岩44.8～55.5MPa，平均50.2MPa，底板以粉砂岩為主，次為泥岩，厚0.54～15.46m，平均2.88m，偶見泥岩底，0.22～0.50m，抗壓
強度44.8～55.5MPa。頂板圍岩的抗壓強度比較低，屬於不穩定岩層。
3 1301上幫麵礦壓觀測資料 03manbetx
1301上幫麵東側與已回采結束的1301工作麵相距10m,西側與隔有莊頭支斷層的1305工作麵相鄰。
工作麵支護方式：錨網索聯合支護。
頂部支護：采用Φ18mm無縱筋全螺紋鋼樹脂錨杆，長2300mm，錨杆間排距800×800mm，每排錨杆為5根，每孔用藥卷CK2350二塊，金屬網規格為3700 x 950mm，鋼梯規格為3700 x 60mm。
兩幫支護：Φ18mm無縱筋全螺紋鋼樹脂錨杆，長1500mm，錨杆間排距1000×1200mm，每排錨杆為2根，每孔用藥卷CK2350一塊，金屬網采用1500×130mm，鋼梯采用1500×60mm。
錨杆排列形式為矩形排列，金屬網由Φ4mm的冷拔鋼筋製作，網格為50×50mm，網片搭接長度為100mm，鋼梯由Φ12mm圓鋼焊接製作。
錨索支護：錨索沿巷道掘進方向軸向單排布置，排距3.7m，錨索采用由Φ15.24mm的低鬆馳預應力鋼絞線截製而成，長4.5m，每條錨索梁兩條索，每孔裝人樹脂藥卷CK2350三支。錨索梁用礦10＃槽鋼加工製作而成，長2.0m，索孔間距1.4m。
軌道順槽在掘進400m後和回采過程中壓力大，頂幫變形較大，給生產造成較大影響。
2001年8～9月對1301上幫麵進行了礦壓觀測，見表1。
3.1周期來壓步距
由表中可以看出：軌道巷和皮帶巷礦壓顯現規律基本一致，但是，由於軌道外側是1301工作麵已采區，而皮帶巷外側是實體煤，所以皮帶巷的礦壓顯現遠沒有軌道巷明顯，其頂板最大下沉速度僅為軌道巷的1/3～1/2。且老頂斷裂大多位於煤壁前方4～8m範圍內，以4m範圍為多，而軌道巷老頂初次斷裂在8～12m,其餘均在8m範圍內。
3.2超前支撐力分布
超前支承壓力高峰區約在煤壁前方8～12m，超前巷道圍岩破壞區約在自煤壁向前方8m左右，應當重視加強該段巷道的超前支護。
3.3巷道固定點收斂變形03manbetx
軌道巷收斂變形數據自9月3日至9月14日測定看出：軌道巷兩幫累計移近量達到306mm，頂底移近量僅為35mm。說明煤層擠出現象嚴重，應該加強兩幫煤層的支護。
工作麵回采過程中的超前影響約在70～80m範圍內，頂板下沉速度顯著增加的範圍在工作麵前方20～30m。
皮帶巷兩幫累計移近量為19mm，與軌道巷相比大為減少，說明實體煤的支撐作用導致皮帶巷收斂變形減弱。
3.4綜合03manbetx
（1）工作麵初次來壓步距21.5m，周期來壓步距為8.3～10.6m，平均9.68m。
（2）超前影響範圍在工作麵前方70～80m，超前支承壓力高峰區在煤壁前方8～12m範圍內。
（3）皮帶巷礦壓顯現及收斂由於實體煤的存在而減弱。
（4）軌道巷兩幫移近量較大，達306mm，說明煤層擠出現象嚴重。
4 1312和2302工作麵煤柱留設尺寸、支護方法及效益03manbetx
4.1 1312工作麵
在確定1312工作麵和1305工作麵煤柱尺寸時，考慮到1301上幫麵掘進、回采工程出現的巷道失穩，給生產造成了一定影響，決定1312工作麵與1305工作麵留設15m煤柱，其支護方式同1301上幫麵。自2002年元月開始掘進順槽，10月份回采結束，掘進、回采正常。
4.2 2302工作麵
確定2302工作麵與2301工作麵煤柱尺寸時，充分考慮到1301上幫麵的煤柱留設及支護方式和1312工作麵的煤柱留設及支護方式，決定留設10m煤柱，改革支護方式。
支護方式：錨網索聯合支護。
頂部支護與1301麵相同。
兩幫支護：采空區側用Φ18mm無縱筋全螺紋鋼樹脂錨杆，長1800mm，排距800×800mm，每排錨杆為3根，每孔用藥卷CK2350二塊，金屬網2200×900mm，鋼梯2200×60mm。回采側用Φ18mm無縱筋全螺紋鋼樹脂錨杆，長1500mm，排距1000×1200mm，每排錨杆2根，每孔用藥卷CK2350一塊，金屬網采用1500×130mm，鋼梯采用1500×60mm。
錨杆排列形式、材料、規格與1301麵相同。
錨索支護：錨索沿巷道掘進方向雙排布置，排距3.7m,錨索采用Φ15.24mm的低鬆馳預應力鋼紋線截製而成，長6.5～8.5m，每條錨索梁兩條錨索錨固，每孔裝人樹脂藥卷CK2350三支。錨索梁采用礦10＃槽鋼製作，長2.0m，索孔間距1.4mm。每排錨索之間垂直巷道打設一組同巷道全寬的錨索梁與用三條錨索固定。
在巷道人行道側隔5～lOm打設一棵木柱輔助支護。
4.3效益分析（表2）
通過改革支護方法，留設10m煤柱比15m煤柱效益是顯著的，在工作麵長度基本相同的情況下，2302工作麵實現效益1338220元。
5 沿空掘巷合理煤柱尺寸確定方法
5.1理論分析方法
根據1302工作麵礦壓觀測結果，老頂初壓步距45m左右，周期步距20m左右，老頂斷裂線距煤壁的距離8～12m。根據壓力分布情況，可能送巷的位置有4種：（1）在采空區邊緣不留煤柱的沿空送巷；（2）在內應力電留小煤柱的沿空送巷；（3）在外應力場中的煤柱；（4）在原始應力區的大煤柱護巷。送巷的最佳位置是內應力場中的小煤柱送巷。
錨杆要避免安設在破碎區域中，根據1301工作麵順槽兩幫鬆動圈測試結果，鬆動圈範圍在2.0m左右，考慮到錨杆的長度和鬆動係數，沿空掘巷的合理煤柱尺寸為5.0m以上。
5.2煤柱尺寸確定
根據理論分析和已施工的三個工作麵實際情況綜合分析，在複合軟岩頂板、鬆軟煤層條件下加強巷道支護，合理的煤柱尺寸在10m左右，最大不大於15m。
作者：淄礦集團岱莊煤礦張洪鵬 曹忠 江兆利
