彭林軍 吳家遙 何滿潮 宮凱旋 陳東旭 徐順鈺

摘?要：為研究深部大采高綜放工作面窄煤柱沿空掘巷巷道礦壓控制問題，以國能寧煤集團(tuán)棗泉煤礦2-2特厚煤層130203大采高綜放工作面回風(fēng)巷道為背景，基于實(shí)用礦山壓力理論，建立了巷道圍巖內(nèi)、外應(yīng)力場(chǎng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)力學(xué)模型，運(yùn)用理論計(jì)算和數(shù)值計(jì)算針對(duì)不同尺寸煤柱煤體應(yīng)力對(duì)比分析，將原留設(shè)15 m護(hù)巷煤柱縮小至5 m進(jìn)行了煤柱優(yōu)化。結(jié)果表明：在穩(wěn)定的內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)掘巷有利于巷道的穩(wěn)定性，避免了頂板事故及沖擊地壓相關(guān)災(zāi)害的發(fā)生，現(xiàn)場(chǎng)5 m小煤柱護(hù)巷工程應(yīng)用中，130203回風(fēng)巷道小煤柱側(cè)變形量為1 050 mm，實(shí)體煤幫變形量為

400 mm，兩幫呈現(xiàn)不對(duì)稱性變形，底板局部底鼓量為1 400 mm；深部特厚煤層綜放開采沿空掘巷采用5 m小煤柱護(hù)巷方案設(shè)計(jì)正確，極大改善了巷道圍巖的應(yīng)力環(huán)境，整體設(shè)計(jì)滿足生產(chǎn)要求，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用良

好。130203工作面小煤柱沿空掘巷技術(shù)成功應(yīng)用，為礦井開采提供了可靠的科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：深部特厚煤層；大采高綜放開采；沿空巷道；煤柱優(yōu)化；巷道支護(hù)

中圖分類號(hào)：TD 323

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1672-9315（2024）03-0563-11

DOI：10.13800/j.cnki.xakjdxxb.2024.0316開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Optimization of coal pillar and tunnel support for fully mechanized

caving along gob in deep and extra thick coal seams

PENG Linjun1，3，WU jiayao1，HE Manchao2，GONG Kaixuan1，CHEN Dongxu1，XU Shunyu1

（1.School of Civil Engineering and Architecture，Dalian University，Dalian 116622，China；

2.State Key Laboratory for Geomechanics & Deep Underground Engineering，

China University of Mining & Technology（Beijing），Beijing 100083，China；

3.Research Center for Geotechnical and Structural Engineering Technology

of Liaoning Province，Dalian University，Dalian 116622，China）

Abstract：In order to study the control of mining pressure in narrow coal pillars along goaf roadway in deep high mining and fully mechanized top coal caving face，the return air roadway of 130203 high mining and fully mechanized top coal caving face in the 2-2 thick coal seam of Zaoquan coal mine of Guoneng Ning Coal Group is taken as the engineering object.Based on the practical mining pressure theory，a dynamic structural mechanical model of the internal and external stress fields in the surrounding rock of the roadway was established.Theoretical and numerical calculations were carried out to compare and analyze the stress of coal pillars of different sizes.The original 15 m protective roadway coal pillar was reduced to 5 m for coal pillar optimization.The results indicate that excavating tunnels in a stable internal stress field is beneficial for the stability of the tunnels，which avoids the occurrence of roof control and rockburst related disasters and accidents.Through the application of a 5m small coal pillar protection tunnel project on site，the deformation on the side of the small coal pillar in the 130203 return air tunnel is 1 050 mm，and the deformation on the solid coal wall is 400 mm.The two sides show asymmetric deformation，and the local floor bulge on the bottom plate is 1 400 mm.The design scheme of using a 5 m small coal pillar to protect the roadway along the goaf in deep and thick coal seam fully mechanized top coal caving mining is reasonable，greatly improving the stress environment of the surrounding rock of the roadway.It has been well applied on site，and the overall design meets the production requirements.The successful application of small coal pillar tunneling technology along the goaf in the 130203 working face provides a reliable scientific basis for the mining of ?mines.

Key words：deep thick coal seams；large mining height

and fully-mechanized mining；goaf roadway；coal pillar optimization；tunnel support

0?引?言

目前中國針對(duì)特厚煤層綜放開采主要采用寬煤柱護(hù)巷和留小煤柱沿空掘巷。無論采用哪種方式，重點(diǎn)研究工作面回采過程中覆巖結(jié)構(gòu)演化規(guī)律及采動(dòng)應(yīng)力影響效應(yīng)，既保證護(hù)巷煤柱的穩(wěn)定性，又避免寬煤柱造成的資源浪費(fèi)。因此，特厚煤層綜放開采條件下沿空掘巷合理煤柱寬度的確定，是亟待解決的重大工程問題。

國內(nèi)外學(xué)者針對(duì)沿空動(dòng)壓巷道圍巖控制問題進(jìn)行了大量的研究。康紅普等通過錨桿支護(hù)應(yīng)力場(chǎng)測(cè)試及其分析，揭示了錨桿形成的支護(hù)應(yīng)力相互疊加與影響的特點(diǎn)[1]；何滿潮等將切頂卸壓無煤柱自成巷開采與常規(guī)開采應(yīng)力場(chǎng)分布特征對(duì)比分析，得出應(yīng)力峰值位置與巷道距離大小關(guān)系[2]；高玉兵、王崎、王德超等對(duì)特厚煤層綜放開采沿空巷道巷間煤柱合理尺寸研究，提出了鄰空巷道進(jìn)行定向張拉爆破切頂卸壓巷道圍巖控制[3-5]；彭林軍等通過大采高綜放動(dòng)壓巷道窄煤柱沿空掘巷圍巖控制，確定了特厚煤層沿空掘巷煤柱的合理尺寸及圍巖控制對(duì)策[6]；宋振騏等通過煤礦重大事故預(yù)測(cè)和控制的動(dòng)力信息基礎(chǔ)的研究，構(gòu)建了采場(chǎng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)力學(xué)模型及其相關(guān)參數(shù)[7]；華照來等對(duì)堅(jiān)硬頂板回采巷道礦壓顯現(xiàn)規(guī)律及煤柱優(yōu)化，探討了不同煤柱寬度條件下圍巖應(yīng)力與塑性區(qū)的分布規(guī)律[8]；王澤陽、吳旋等對(duì)綜采面區(qū)段煤柱寬度預(yù)測(cè)GRNN模型構(gòu)建與應(yīng)用[9-10]；孟祥軍基于基本頂斷裂位置的綜放沿空掘巷煤幫支護(hù)技術(shù)，確定了沿空巷道幫錨索支護(hù)長度的方法[11]；張蓓對(duì)厚層放頂煤小煤柱沿空巷道采動(dòng)影響段圍巖變形機(jī)理與強(qiáng)化控制技術(shù)研究，提出了通過控制小煤柱和底板變形的圍巖強(qiáng)化控制技術(shù)[12]；劉學(xué)生等研究深部沿空巷道巷旁支護(hù)失穩(wěn)機(jī)制與降能控制方法，獲得了支護(hù)體發(fā)生動(dòng)力失穩(wěn)的能量判據(jù)[13]；王書文等對(duì)采空區(qū)側(cè)向支承壓力演化及微震活動(dòng)全過程實(shí)測(cè)研究，得出采空區(qū)側(cè)向覆巖結(jié)構(gòu)構(gòu)成與前方活動(dòng)性差異特征[14]；姚強(qiáng)嶺等通過厚煤層沿空巷道主動(dòng)式超前支護(hù)技術(shù)與實(shí)踐，對(duì)圍巖松動(dòng)圈發(fā)育程度進(jìn)行量化分析[15]；喬元棟等研究了二次采動(dòng)影響下區(qū)段煤柱破壞機(jī)制及圍巖控制技術(shù)，得出了差異化巷道圍巖支護(hù)技術(shù)[16]；張官禹等通過軟巖巷道底鼓成因分析及關(guān)鍵控制技術(shù)研究，提出了巷道底板采用錨梁+錨桿+網(wǎng)噴+澆筑混凝土聯(lián)合支護(hù)技術(shù)[17]；何峰等對(duì)復(fù)采巷道過破碎頂板區(qū)鋼梁支護(hù)研究，提出了復(fù)采礦井破碎頂板工字鋼梯形棚支護(hù)方案[18]；徐曉鼎對(duì)曹家灘礦井特厚煤層沿空巷道強(qiáng)礦壓顯現(xiàn)機(jī)制及卸壓控制研究，揭示了雙關(guān)鍵層影響下的強(qiáng)礦壓顯現(xiàn)機(jī)制[19]；何富連等通過窄煤柱綜放巷道鋼梁桁架非對(duì)稱支護(hù)機(jī)理應(yīng)用技術(shù)研究，提出了非對(duì)稱彎矩減小量分布特征，探討其與非對(duì)稱變形的一致性[20-21]；張東升等對(duì)綜放沿空留巷圍巖變形影響因素進(jìn)行分析，得到了各因素對(duì)圍巖最大應(yīng)力的回歸方程[22]；趙萌燁、周海豐等對(duì)大采高切頂留巷礦壓顯現(xiàn)規(guī)律進(jìn)行了研究[23-24]；張杰等對(duì)淺埋煤層孤島工作面區(qū)段煤柱寬度優(yōu)化[25]；王東攀等對(duì)厚煤層綜放沿空留巷“支-卸”協(xié)同圍巖控制技術(shù)進(jìn)行了研究[26]；秦永洋對(duì)深井沿空掘巷煤柱合理寬度及支護(hù)參數(shù)優(yōu)化進(jìn)行了研究，證明了合理煤柱寬度及支護(hù)設(shè)計(jì)，能保持煤柱及巷道圍巖的穩(wěn)定[27]；石崇等對(duì)動(dòng)壓巷道區(qū)段煤柱合理留設(shè)寬度研究，建立了中間主應(yīng)力影響的三維離散元模型[28]；王剛等對(duì)煤巖體孔隙結(jié)構(gòu)應(yīng)力特征的數(shù)值模擬研究，得出球狀孔隙結(jié)構(gòu)在單軸壓縮條件下，上下區(qū)域表現(xiàn)為拉應(yīng)力集中，左右區(qū)域表現(xiàn)為壓應(yīng)力集中[29]。

以上研究豐富了動(dòng)壓巷道圍巖控制理論，解決了大量的窄煤柱巷道圍巖控制難題，但在深部大采高綜放工作面區(qū)段煤柱尺寸對(duì)采動(dòng)巷道的影響程度以及窄煤柱異形巷道產(chǎn)生非均勻大變形的力學(xué)本質(zhì)仍需進(jìn)一步研究?；诖?，針對(duì)寧煤集團(tuán)棗泉煤礦窄煤柱巷道非均勻大變形控制難題，研究區(qū)段窄煤柱（5 m）時(shí)巷道圍巖塑性區(qū)分布形態(tài)及其應(yīng)力分布規(guī)律，建立采場(chǎng)圍巖結(jié)構(gòu)力學(xué)模型，提出針對(duì)性控制對(duì)策并進(jìn)行工程應(yīng)用研究。

1?工程概況130203工作面埋深在540～830 m，2號(hào)煤層設(shè)計(jì)回采工藝為綜采放頂煤，機(jī)采高度為3.6 ｍ，放煤高度約5 ｍ左右，工作面走向長度2 436.4 m，傾斜長度223 m，傾角11°～20°，煤厚8.2～8.7 m，平均煤厚8.5 m。煤層頂板為2號(hào)煤，直接頂板為炭質(zhì)泥巖與泥巖互層，二煤直接底為粉砂巖，瓦斯類型為低瓦斯礦井。巖石物理力學(xué)參數(shù)見表1。130203工作面鉆孔柱狀圖（補(bǔ)301）如圖1所示。

130203工作面回風(fēng)巷與130202工作面采空區(qū)原設(shè)計(jì)留設(shè)15 m煤柱進(jìn)行沿空掘進(jìn)，由于巷道布置在高應(yīng)力區(qū)，施工了1 453 m巷道頂部累計(jì)斷錨索1 100根，巷道斷面由20 m2縮小至8 m2，頂?shù)装遄冃螄?yán)重?zé)o法滿足生產(chǎn)要求逼迫停工。通過對(duì)130203工作面進(jìn)行理論研究和數(shù)值分析，確定采用5 m小煤柱沿空掘巷技術(shù)方案。

2?沿空掘巷采動(dòng)力學(xué)模型及支承壓力分布規(guī)律

2.1?采場(chǎng)力學(xué)模型采場(chǎng)空間結(jié)構(gòu)模型由應(yīng)力場(chǎng)分布和結(jié)構(gòu)發(fā)育組成，從工作面推進(jìn)縱向方向形成“裂斷拱”和“應(yīng)力拱”，從橫向方向上形成“內(nèi)、外應(yīng)力場(chǎng)”和傳遞巖梁。采場(chǎng)雙拱力學(xué)模型如圖2所示。

“裂斷拱”內(nèi)巖梁裂斷運(yùn)動(dòng)步距，按照巖梁裂斷的力學(xué)條件計(jì)算公式：基本頂巖梁第一次裂斷步距C計(jì)算見式（1），基本頂巖梁周期裂斷步距C0計(jì)算見式（2）。

C=

2m2n[σn]

（mn+mc）γ

（1）

C0=-12C2i-1

+

12

C2i-1

4m2n[σn]

3γ（mn+mc）

（2）

式中?mn為傳遞巖梁（板）支托層厚度，取11.45 m；mc為隨動(dòng)

層厚度，取9.2 m；σn為基本頂巖梁的

抗拉強(qiáng)度，取5.5 MPa；γ為巖層的容重，取2.5 t/m3。

將圖1和表1數(shù)據(jù)代入式（1）可知，基本頂初次來壓步距為92 m，周期來壓步距為23 m。

回采過程中基本頂形成鉸接結(jié)構(gòu)，以載荷的形式作用于基本頂上，關(guān)鍵塊B斷裂位置深入煤壁與關(guān)鍵塊C咬合保持傳遞力聯(lián)系，巖塊D觸矸。130203沿空巷道力學(xué)模型如圖3所示。

2.2?沿空掘巷支承壓力分布規(guī)律相鄰工作面130202采完之后，130203風(fēng)巷仍然處于130202工作面?zhèn)认蛑С袎毫τ绊懛秶鷥?nèi)，并且會(huì)受到130203工作面的超前支承壓力的疊加影響。因此，掘巷位置選擇及區(qū)段煤柱合理尺寸將對(duì)圍巖穩(wěn)定起關(guān)鍵性作用。

圖2中S0為支承壓力內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)范圍，Sp為支承壓力峰值范圍，Sx為支承壓力影響范圍。沿空掘巷側(cè)向支承壓力分布，如圖4所示。

2.2.1?支承壓力內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)范圍130203工作面沿空側(cè)向基本頂斷裂位置距130202采空側(cè)煤壁距離，即內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)范圍S0計(jì)算式為

S0=

λm2tanφ0

ln

kγH+

c0tanφ0

c0tanφ0

+

P0λ

（3）

式中?H為巷道埋深540～830 m，取平均埋深685 m；m為工作面采高，取8.5 m；γ為上覆巖層平均體積力，取25 kN/m3；k為應(yīng)力集中系數(shù)，取2.8；λ為側(cè)壓數(shù)，取1.8；c0為煤層黏聚力，取5 MPa；φ0為煤層內(nèi)摩擦角，取30°；P0為巷幫支護(hù)阻力，錨桿支護(hù)取0.22 MPa。

根據(jù)式（3）得出內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)S0為10.3 m。

2.2.2?支承壓力影響范圍

支承壓力影響范圍Sx計(jì)算見式（4）。

Sx=2L0+2Hcotθ3.8

-

L0（L0-2C0）

3.8H

（4）

式中?Ｈ為采深，540～830 m，取平均埋深685 ｍ；

Ｌ0為工作面長度，220 ｍ；θ為徑向方位夾角，76°；

C0為基本頂周期來壓步距，23 ｍ。

通過式（4）得出支承壓力影響范圍Sx為191 m。

2.2.3?支承壓力外應(yīng)力場(chǎng)范圍

支承壓力外應(yīng)力場(chǎng)范圍見式（5）。

Sp=0.25Sx

（5）

通過式（5）得出支承壓力外應(yīng)力場(chǎng)范圍Sp范圍在47.8 m。

綜上，內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)范圍在10.3 ｍ，支承壓力外應(yīng)力場(chǎng)范圍Sp在47.8 ｍ，支承壓力影響范圍在191 m。研究確定在穩(wěn)定的內(nèi)應(yīng)場(chǎng)掘巷保證沿空巷道小煤柱的穩(wěn)定性。

2.3?沿空掘巷小煤柱合理寬度確定區(qū)段小煤柱的寬度尺寸是根據(jù)煤柱受上區(qū)段工作面回采影響時(shí)小煤柱的應(yīng)力、位移及小煤柱寬度對(duì)巷道變形影響綜合分析。小煤柱模型如圖5所示。

根據(jù)補(bǔ)301鉆孔柱狀巖石力學(xué)參數(shù)，沿空掘巷區(qū)段小煤柱合理的最小寬度B計(jì)算公式為[7]

B=S1+S2+S3

=4.991 m

（6）

式中?S1為在本區(qū)段沿空掘巷小煤柱中產(chǎn)生的破碎區(qū)寬度，m。

S1=mA2tgφ0

ln

kγH+c0/tanφ0

c0/tanφ0+Px/A

（7）

式中?m為上區(qū)段平巷高度，取3.5 m；A為側(cè)壓系數(shù)，A=μ（1-μ），μ為泊松比，取0.4；k為應(yīng)力集中系數(shù)，取2.8；γ為巖層平均體積力，取25 kN/m3；H為埋深，取685 m；φ0為煤體內(nèi)摩擦角，取30°；α為煤層傾角，取16°；c0為煤體黏聚力，取5 MPa；Px為上區(qū)段平巷支護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)下幫的支護(hù)阻力，取0.22 MPa。

通過式（7）計(jì)算得到，S1=2.14 m。S2為幫錨桿的有效長度，取2.2 m；S3為增加的煤柱穩(wěn)定性系數(shù)，按（S1+S2）×15%的值計(jì)算，取0.651 m。

根據(jù)130203工作面內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)范圍及小煤柱合理寬度計(jì)算，確定130203風(fēng)巷沿空掘巷小煤柱的合理寬度為5 m左右。

2.4?沿空掘巷煤柱寬度應(yīng)力分布數(shù)值模擬

采場(chǎng)數(shù)值模擬模型，如圖６所示；回采期間工作面超前支承壓力及塑性區(qū)分布，如圖７所示；不同寬度煤柱應(yīng)力計(jì)算參數(shù)，見表２。

從表2可以看出，煤柱留設(shè)15 m時(shí)應(yīng)力達(dá)到65.25 MPa，煤柱留設(shè)5 m時(shí)應(yīng)力為7.01 MPa；沿空掘巷預(yù)留不同寬度尺寸的煤柱，應(yīng)力隨煤柱寬度增加而增大，留設(shè)15 m煤柱正好處于支承壓力高峰區(qū)域。根據(jù)大采高綜放工作面現(xiàn)場(chǎng)情況，在內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)10.3 m范圍，結(jié)合沿空掘進(jìn)巷道斷面尺

寸5 m，小煤柱沿空掘巷應(yīng)布置在穩(wěn)定的內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)范圍內(nèi)（10.3 m以內(nèi)），煤柱留設(shè)寬度在5 m基本合理。

130203工作面風(fēng)巷5 m小煤柱護(hù)巷回采期間圍巖應(yīng)力峰值變形如圖8所示。數(shù)值計(jì)算結(jié)果得出，5 m小煤柱中心處最大應(yīng)力值達(dá)13.54 MPa；巖體應(yīng)力峰值為25.65 MPa主要集中在5 m小煤柱上部靠近130203煤柱側(cè)上部?；夭善陂g工作面圍巖應(yīng)力分布如圖9所示?；夭善陂g工作面處巖體塑性區(qū)分布如圖10所示。

從圖10可以看出，5 m小煤柱中心處約有2.4 m穩(wěn)定區(qū)，能夠保持小煤柱整體穩(wěn)定。Ⅰ區(qū)煤壁深度0～1.4 m為拉伸和剪切塑性區(qū)；Ⅱ區(qū)采空區(qū)側(cè)，深度0～1.2 m為拉伸和剪切塑性區(qū)；Ⅲ區(qū)深度0～2.2 m和頂部深度范圍內(nèi)巖體破碎較嚴(yán)重。通過以上研究，確定在130203工作面回風(fēng)巷自1 453 m處巷道調(diào)整為留設(shè)5 m小煤柱沿空掘巷進(jìn)行施工，工作面布置如圖11所示。

3?沿空巷道控制對(duì)策及巷道優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1?沿空巷道優(yōu)化支護(hù)設(shè)計(jì)130203工作面風(fēng)巷巷道掘?qū)? 000 mm，掘高3 950 mm，采用錨網(wǎng)索噴聯(lián)合支護(hù)。支護(hù)設(shè)計(jì)如圖12所示。

1）回風(fēng)巷道頂部采用4根ψ21.98 mm×10 300 mm（1×19 股）的預(yù)應(yīng)力鋼絞線長錨索，配合200 mm×60 mm×20 mm的錨索墊板 ，預(yù)緊力達(dá)到300 kN，間排距為1 000 mm×900 mm；同時(shí)采用4根ψ21.98 mm×4 300 mm（1×19股）的預(yù)應(yīng)力鋼絞線短錨索，配套使用300 mm×300 mm×16 mm的錳鋼穹形托盤支護(hù)，錨索預(yù)緊力達(dá)到300 kN，間排距780 mm×900 mm。頂角錨索與垂直方向呈25°施工，采用ψ21.98 mm×7 000 mm的預(yù)應(yīng)力鋼絞線錨索。肩窩補(bǔ)強(qiáng)采用

ψ21.98 mm×7 000 mm 的預(yù)應(yīng)力鋼絞線錨索布置，肩窩錨索與水平方向呈25°施工。底角補(bǔ)強(qiáng)采用ψ21.98 mm×7 000 mm 的預(yù)應(yīng)力鋼絞線錨索布置，底角錨索與水平方向呈25°～45°施工。

2）回風(fēng)巷道兩幫采用ψ21.98 mm×3 500 mm（1×19股）的預(yù)應(yīng)力鋼絞線錨索，配合W280×5×450的W鋼帶（每幫2條），配套使用300 mm×

300 mm×16 mm 的錳鋼穹形托盤，預(yù)緊力達(dá)到300 kN，間排距為900 mm×900 mm。兩幫錨桿采用ψ20 mm×2 000 mm 的螺紋鋼錨桿，間排距為900 mm×900 mm。

3）回風(fēng)巷道頂部掛ψ6.5 mm圓鋼焊接的鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)孔尺寸為100 mm×100 mm，幫部掛8#鉛絲編制的菱形金屬網(wǎng)。

4）回風(fēng)巷道鋪底混凝土厚300 mm，強(qiáng)度為C25。水溝尺寸為200 mm×200 mm，澆注100 mm混凝土。

3.2?現(xiàn)場(chǎng)礦壓觀測(cè)分析

3.2.1?巷道斷面收斂變形觀測(cè)

130203風(fēng)巷按照設(shè)計(jì)規(guī)定的觀測(cè)密度和要求，對(duì)距離巷口750，800，850和880 m進(jìn)行了連續(xù)觀測(cè)，回風(fēng)巷道圍巖變化曲線如圖13所示。

從圖13可以看出，工作面進(jìn)入小煤柱階段頂?shù)装宓淖冃瘟看笥趦蓭鸵平?，頂板下沉量最大? 000 mm，底板局部底鼓量最大值為1 400 mm，而上幫幫鼓最大值為1 050 mm，下幫幫鼓最大值為400 mm。距工作面100 m以內(nèi)變形速度明顯加快，巷道頂板變形的穩(wěn)定時(shí)間要早

于底板的穩(wěn)定時(shí)間。

巷道圍巖由于受到130202采空區(qū)側(cè)向支承壓力的影響，煤體破碎煤體力學(xué)性能嚴(yán)重下降，導(dǎo)致了圍巖大變形的出現(xiàn)；但也因此使得應(yīng)力峰值向煤體內(nèi)部轉(zhuǎn)移，降低了沖擊地壓等動(dòng)力災(zāi)害發(fā)生的可能性。工程現(xiàn)場(chǎng)回風(fēng)巷道煤體未發(fā)生較大的沖擊彈射，符合研究推斷結(jié)果。

3.2.2?錨桿（索）軸力變化監(jiān)測(cè)130203風(fēng)巷按照設(shè)計(jì)規(guī)定對(duì)巷道錨桿（索）軸力觀測(cè)密度和要求，進(jìn)行了連續(xù)系統(tǒng)的觀測(cè)，工作面推進(jìn)到小煤柱階段后，對(duì)距離巷口850 m和800 m觀測(cè)斷面錨桿（索）軸力變化與工作面推進(jìn)距離進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如圖14所示。

1）小煤柱回采期間，工作面超前80 m左右時(shí)，錨桿（索）應(yīng)力開始增大，隨工作面推進(jìn)錨桿受力明顯增大。超前巷道頂、底板移近，兩幫擁移促使錨桿（索）應(yīng)力增大而阻止煤巖體表面的變形。

2）部分錨桿（索）應(yīng)力在最后0～15 m出現(xiàn)小幅減小趨勢(shì)，此范圍煤巖體在強(qiáng)烈的支承壓力作用下壓縮破壞，內(nèi)部裂隙發(fā)育增大，錨桿的錨固力略有減小。

3）兩幫緩慢移近，在可控范圍內(nèi)，沒有出現(xiàn)幫部煤體大面積脫落、噴射現(xiàn)象。錨桿基本沒有拉斷和拔出失效現(xiàn)象，始終保持有效工作狀況。通過礦壓顯現(xiàn)特征的分析，證明巷道頂?shù)装逡平蛢蓭褪湛s變形量的影響主要來自煤柱側(cè)頂幫肩角區(qū)域和煤柱側(cè)區(qū)域。因此，針對(duì)沿空小煤柱巷道非對(duì)稱變形，對(duì)工作面超前0～30 m靠煤柱側(cè)采用瑞米泵送支柱加強(qiáng)支護(hù)，工作面超前30～80 m采用單元支架支護(hù)，在現(xiàn)場(chǎng)得到很好應(yīng)用，整體設(shè)計(jì)滿足生產(chǎn)要求，如圖15所示。

瑞米泵送支柱支護(hù)強(qiáng)度20 MPa，讓壓變形能力2%，沿工作面走向單排布置，間距5 m共布置5個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，泵送支柱間隔選取一個(gè)周期來壓步距25 m范圍，數(shù)據(jù)每3天采集一次。巷道監(jiān)測(cè)曲線如圖16所示。

從圖16可以看出，兩幫移近量在330 mm以內(nèi)，頂?shù)装逡平吭?00 mm以內(nèi)，有效控制了風(fēng)巷變形，滿足生產(chǎn)要求。

3.3?回風(fēng)巷道煤體注漿方案及鉆孔窺視效果

在超前工作面30 m范圍對(duì)回風(fēng)巷上幫打眼注漿，具體方案：①掘巷過程中對(duì)130203風(fēng)巷頂幫進(jìn)行噴漿，回采前對(duì)風(fēng)巷原噴漿區(qū)域有漿皮裂縫或掉落較多的進(jìn)行補(bǔ)噴；②在風(fēng)巷上幫施工兩排注漿孔，上排孔距頂板肩窩約700 mm，下排孔距離上排孔1 500 mm，注漿孔直徑20～30 mm，深度2 600～3 000 mm，注漿孔間排距1 500 mm×2 000 mm，與掘進(jìn)是注漿區(qū)域岔開；③注漿材料選用水泥與水玻璃以1∶0.4體積比進(jìn)行單液注漿。初凝時(shí)間1～2 h，封孔采用面紗或布袋封孔；④注漿壓力為1～1.5 MPa，注漿量以孔口溢出或者從孔口上部流出即可，注漿水灰比以0.7

∶1為宜，注漿量以孔口溢出或壓力值維持在1 MPa左右5 min，若注漿過程中出現(xiàn)嚴(yán)重跑漿應(yīng)立即停止注漿。小煤柱幫注漿內(nèi)部結(jié)構(gòu)鉆孔窺視效果如圖17所示，實(shí)體煤注漿內(nèi)部結(jié)構(gòu)鉆孔窺視效果如圖18所示。

1）煤柱和實(shí)體煤測(cè)得鉆孔內(nèi)裂隙發(fā)育，尤其是孔的兩端頭，煤體破碎程度較高。觀測(cè)孔變形嚴(yán)重，實(shí)體煤側(cè)的鉆孔末端已被破碎煤體封堵。

2）而注漿煤柱內(nèi)裂隙發(fā)育較弱，部分閉合。比較注漿的實(shí)體煤側(cè)鉆孔，孔的中部區(qū)域注漿效果明顯，孔壁較光滑破碎程度低。但是，孔的兩端裂隙仍部分發(fā)育煤體部分破碎。為增強(qiáng)注漿效果，進(jìn)行間隔反復(fù)注漿，尤其是邊緣位置。

4?結(jié)?論

1） 根據(jù)礦山壓力與巖層控制理論得出，內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)范圍為10.3 m，小煤柱寬度為4.991 m，研究確定區(qū)段煤柱合理尺寸為5 m。

2）FLAC3D數(shù)值模擬得出，留5 m煤柱時(shí)應(yīng)力為7.01 MPa，留15 m時(shí)煤體應(yīng)力

65.25 MPa。5 m小煤柱中心處約有2.4 m是穩(wěn)定區(qū)，采空區(qū)側(cè)有1.2 m塑性區(qū)，巷道側(cè)有1.4 m塑性區(qū)，煤柱能夠保持穩(wěn)定。

3）現(xiàn)場(chǎng)礦壓實(shí)測(cè)工作面進(jìn)入小煤柱階段頂板下沉量最大為1 000 mm，底板局部底鼓量最大值為１ ４００ ｍｍ，而上幫幫鼓最大值為１ ０５０ ｍｍ，下幫幫鼓最大值為400 mm。據(jù)此，在超前工作面３０ ｍ范圍對(duì)回風(fēng)巷道上幫進(jìn)行注漿，注漿效果明顯，圍巖變形量減小。現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)錨桿（索）基本沒有拉斷和拔出失效現(xiàn)象，始終保持有效工作狀況。

4）在小煤柱沿空巷道在原巷道支護(hù)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上對(duì)超前工作面0～80 m靠煤柱側(cè)采用瑞米泵送支柱+單元支架加強(qiáng)支護(hù)，風(fēng)巷頂?shù)装逡平靠刂圃?00 mm以內(nèi)，兩幫移近量控制在330 mm以內(nèi)，有效控制了風(fēng)巷變形，煤柱尺寸和巷道支護(hù)設(shè)計(jì)合理，滿足大采高綜放工作面小煤柱沿空掘巷要求，具有很高的推廣應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)（References）：

[1]?康紅普，姜鵬飛，蔡嘉芳.錨桿支護(hù)應(yīng)力場(chǎng)測(cè)試與分析[J].煤炭學(xué)報(bào)，2014，39（8）：1521-1529.KANG Hongpu，JIANG Pengfei，CAI Jiafang.Test and analysis on stress fields caused by rock bolting[J].Journal of China Coal Society，2014，39（8）：1521-1529.

• 何滿潮，王亞軍，楊軍，等.切頂卸壓無煤柱自成巷開采與常規(guī)開采應(yīng)力場(chǎng)分布特征對(duì)比分析［J］.煤炭學(xué)報(bào)，2018，43（3）：626-637．HE Manchao，WANG Yajun，YANG Jun，et al．Comparative analysis on stress field distributions in roof cutting non-pillar mining method and conventional mining me-thod［J］.Journal of China Coal Society，2018，43（3）：626-637.

[3]高玉兵，王琦，楊軍，等.特厚煤層綜放開采鄰空動(dòng)壓巷道圍巖變形機(jī)理及卸壓控制[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2023，51（2）：83-94.GAO Yubing，WANG Qi，YANG Jun，et al.Mechanism of deformation and pressure relief control of dynamic gob-side entry surroundings in fully-mechanized caving mining for extra-thick coal seam[J].Coal Science and Technology，2023，51（2）：83-94.

[4]王琦，樊運(yùn)平，李剛，等.厚煤層綜放雙巷工作面巷間煤柱尺寸研究[J].巖土力學(xué)，2017，38（10）：3009-3016.WANG Qi，F(xiàn)AN Yunping，LI Gang，et al.Determination of coal pillar width between roadways of fully mechanised caving face with double roadways layout in a thick coal seam[J].Rock and Soil Mechanics，2017，38（10）：3009-3016.

[5]王德超，李術(shù)才，王琦，等.深部厚煤層綜放沿空掘巷煤柱合理寬度試驗(yàn)研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2014，33（3）：539-548.WANG Dechao，LI Shucai，WANG Qi，et al.Experimental study of reasonable coal pillar width in fully mechanized top coal caving face of deep thickcoal seam[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2014，33（3）：539-548.

[6]彭林軍，宋振騏，周光華，等.大采高綜放動(dòng)壓巷道窄煤柱沿空掘巷圍巖控制[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2021，49（10）：34-43.PENG Linjun，SONG Zhenqi，ZHOU Guanghua，et al.Surrounding rock control on narrow coal pillar along gob in dynamic pressure roadway with large mining height top coal caving［J］.Coal Science and Technology，2021，49（10）：34-43.

[7]宋振騏，蔣宇靜，彭林軍，等.煤礦重大事故預(yù)測(cè)和控制的動(dòng)力信息基礎(chǔ)的研究[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2003.

[8]華照來，程利興，任建超，等.堅(jiān)硬頂板回采巷道礦壓顯現(xiàn)規(guī)律及煤柱優(yōu)化[J].西安科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2023，43（6）：1063-1070.HUA Zhaolai，CHENG Lixing，REN Jianchao，et al.Mine pressure behavior law and coal pillar optimization in hard roof mining roadway[J].Journal of Xi，an University of Science and Technology，2023，43（6）：1063-1070.

[9]王澤陽，來興平，劉小明，等.綜采面區(qū)段煤柱寬度預(yù)測(cè)GRNN模型構(gòu)建與應(yīng)用[J].西安科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2019，39（2）：209-216.WANG Zeyang，LAI Xingping，LIU Xiaoming，et al.Construction and application of the GRNN model of coal section pillar width prediction in fully mechanized face[J].Journal of Xian University of Science and Technology，2019，39（2）：209-216.

[10]吳旋，來興平，郭俊兵，等.綜采面區(qū)段煤柱寬度的PSO-SVM預(yù)測(cè)模型[J].西安科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2020，40（1）：64-70.WU Xuan，LAI Xingping，GUO Junbing，et al.PSO-SVM prediction model of coal pillar width in fully mechanized mining face[J].Journal of Xian University of Science and Technology，2020，40（1）：64-70.

[11]孟祥軍.基于基本頂斷裂位置的綜放沿空掘巷煤幫支護(hù)技術(shù)[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2020，48（1）：61-68.MENG Xiangjun.Coal support technology for roadway driving along gob in fully mechanized caving based on the location of basic top fracture[J].Coal Science and Technology，2020，48（1）：61-68.

[12]張蓓.厚層放頂煤小煤柱沿空巷道采動(dòng)影響段圍巖變形機(jī)理與強(qiáng)化控制技術(shù)研究[D].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)，2015.ZHANG Bei.Deformation mechanisms and strengthen technology for the gob-side roadway surrounding rock under mining influence in top coal caving face with thick layer[D].Xuzhou：China University of Mining and Technology，2015.

[13]劉學(xué)生，李學(xué)斌，譚云亮，等．深部沿空巷道巷旁支護(hù)失穩(wěn)機(jī)制與降能控制方法[J]．煤炭學(xué)報(bào)，2023，48（S2）：485-500.LIU Xuesheng，LI Xuebin，TAN Yunliang，et al.Instabi-lity mechanism and control method of energy-reducing for roadside support in deep gob-side roadway[J].Journal of China Coal Society，2023，48（S2）：485-500.

[14]王書文，毛德兵，潘俊鋒，等.采空區(qū)側(cè)向支承壓力演化及微震活動(dòng)全過程實(shí)測(cè)研究[J].煤炭學(xué)報(bào)，2015，40（12）：2772-2779．WANG Shuwen，MAO Debing，PAN Junfeng，et al.Field measurement of lateral support pressure evolution and microseismic activity in the goaf[J].Journal of China Coal Society，2015，40（12）：2772-2779.

[15]姚強(qiáng)嶺，朱貴偉，鄭闖凱，等.厚煤層沿空巷道主動(dòng)式超前支護(hù)技術(shù)與實(shí)踐[J].采礦與巖層控制工程學(xué)報(bào)，2022，4（1）：513-531.YAO Qiangling，ZHU Guiwei，ZHENG Chuangkai，et al.Active advanced support technology and practice of thick coal seam along goaf roadway[J].Journal of Mining and Strata Control Engineering，2022，4（1）：513-531.

[16]喬元棟，孟召平，朱帥，等.二次采動(dòng)影響下區(qū)段煤柱破壞機(jī)制及圍巖控制技術(shù)[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2020，48（6）：71-77.QIAO Yuandong，MENG Zhaoping，ZHU Shuai，et al.Study on coal pillar failure mechanism and surrounding rock controll technology under influence of secondary mining[J].Coal Science and Technology，2020，48（6）：71-77.

[17]張官禹，趙龍，尚玉強(qiáng).軟巖巷道底鼓成因分析及關(guān)鍵控制技術(shù)研究[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2019，47（11）：63-67.ZHANG Guanyu，ZHAO Long，SHANG Yuqiang.Genesis analysis and research on key control technology of soft rock roadway floor heave[J].Coal Science and Technology，2019，47（11）：63-67.

[18]何峰，王振偉，于洋，等.復(fù)采巷道過破碎頂板區(qū)鋼梁支護(hù)研究[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2019，47（7）：115-120.HE Feng，WANG Zhenwei，YU Yang，et al.Research on steel beam support in over-broken roof area of complex mining roadway[J].Coal Science and Technology，2019，47（7）：115-120.

[19]徐曉鼎.曹家灘礦井特厚煤層沿空巷道強(qiáng)礦壓顯現(xiàn)機(jī)制及卸壓控制研究[D].長春：吉林大學(xué)，2022XU Xiaoding.Study on strong rock pressure behavior mechanism and pressure relief control of gob-side entry in Caojiatan mine with extra thick coal seam[D].Changchun：Jilin University，2022.

[20]何富連，高峰，孫運(yùn)江，等.窄煤柱綜放煤巷鋼梁桁架非對(duì)稱支護(hù)機(jī)理及應(yīng)用[J].煤炭學(xué)報(bào)，2015，40（10）：2296-2302.HE Fulian，GAO Feng，SUN Yunjiang，et al.Multiple cable girder truss asymmetric support mechanism and its application in the roadway of fully mechanized top coal caving face with narrow pillar[J].Journal of China Coal Society，2015，40（10）：2296-2302.

[21]何富連，盧恒，秦賓賓，等.特厚煤層綜放沿空巷道煤柱合理寬度與巷道支護(hù)研究[J].煤炭工程，2021，53（9）：30-35.HE Fulian，LU Heng，QIN Binbin，et al.Reasonable width of coal pillar and roadway support in gob side entry of fully mechanized top coal caving in extra thick coal seam[J].Coal Engineering，2021，53（9）：30-35.

[22]張東升，馬立強(qiáng)，繆協(xié)興，等.綜放沿空留巷圍巖變形影響因素的分析[J].中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，35（1）：1-6.

ZHANG Dongsheng，MA Liqiang，MIAO Xiexing，et al.Factor analysis on deformation of gobside entry retaining with entry in packing in top-coal caving mining face[J].Journal of China University of Mining & Technology，2006，35（1）：1-6.

[23]趙萌燁，黃慶享，黃克軍，等.無煤柱切頂沿空留巷礦壓顯現(xiàn)規(guī)律[J].西安科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2019，39（4）：597-602.ZHAO Mengye，HUANG Qingxiang，HUANG Kejun，et al.Pressure behavior of gob-side entry retaining with roof cutting and non-pillar mining[J].Journal of Xian University of Science and Technology，2019，39（4）：597-602.

[24]周海豐，黃慶享，賀雁鵬.8.8 m大采高綜采工作面礦壓規(guī)律[J].西安科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2020，40（6）：981-987.ZHOU Haifeng，HUANG Qingxiang，HE Yanpeng.Ground pressure law of a fully mechanized mining face with a large mining height of 8.8 meters[J].Journal of Xian University of Science and Technology，2020，40（6）：981-987.

[25]張杰，白文勇，王斌，等.淺埋煤層孤島工作面區(qū)段煤柱寬度優(yōu)化[J].西安科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2021，41（6）：988-996.ZHANG Jie，BAI Wenyong，WANG Bin，et al.Width optimization of section coal pillar in the island working face of shallow coal seam[J].Journal of Xian University of Science and Technology，2021，41（6）：988-996.

[26]王東攀，楊鴻智，袁偉茗，等.厚煤層綜放沿空留巷“支-卸”協(xié)同圍巖控制技術(shù)[J].采礦與巖層控制工程學(xué)報(bào)，2022，4（4）：32-42.

WANG Dongpan，YANG Hongzhi，YUAN Weiming，et al.A “support and pressure relief” ground control technology for double-used roadway with fully-mechanized caving method in thick coal seam[J].Journal of Mining and Strata Control Engineering，2022，4（4）：32-42.

[27]?秦永洋，許少東，楊張杰.深井沿空掘巷煤柱合理寬度確定及支護(hù)參數(shù)優(yōu)化[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2010，38（2）：15-18.QIN Yongyang，XU Shaodong，YANG Zhangjie.Rational coal pillar width determined and support parameter optimized for gateway driving along goaf in deep mine[J]，Coal Science and Technology，2010，38（2）：15-18.

石崇，楊文坤，沈俊良，等.動(dòng)壓巷道區(qū)段煤柱合理留設(shè)寬度研究[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2019，47（7）：108-114.SHI Chong，YANG Wenkun，SHEN Junliang，et al.Research on the reasonable width of coal pillar in the section of dynamic pressure roadway[J].Coal Science and Technology，2019，47（7）：108-114.

[29]王剛，江成浩，陳雪暢.煤巖體孔隙結(jié)構(gòu)應(yīng)力特征的數(shù)值模擬研究[J].煤田地質(zhì)與勘探，2021，49（1）：57-64.WANG Gang，JIANG Chenghao，CHEN Xuechang.Numerical simulation of pore structure stress characteristics of coal and rock mass[J].Coal Geology & Exploration，2021，49（1）：57-64.

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