沿空掘巷是在邻近工作面采空区上覆岩层活动基本稳定区掘进巷道。留小煤柱沿空掘巷，巷道位于应力降低区，也避开了邻近工作面回采后上覆岩层强烈活动的影响，缩短了巷道维护时间，降低了巷道维护费用，提高了采区煤炭回收率，通过合理设计预留煤柱，采取合理的支护技术可以保证巷道在掘进及掘后围岩变形较小。目前，小煤柱沿空掘巷掘进得到广泛应用，小煤柱起到挡矸、防漏风的作用，解决了完全沿空掘巷存在的问题。

 

　　1小煤柱沿空掘巷变形特点与煤柱尺寸设计

 

　　1.1采空区边缘应力分布上区段工作面回采后，围岩应力重新分布，在本工作面靠近采空区的煤层中产生侧向支承压力，其沿倾斜方向的应力分布较为复杂。由于支承压力的作用，在煤体边缘产生破碎区与塑性区，出现应力降低区。沿稳定的采空区边缘掘进巷道，虽然围岩处于应力降低区，但围岩比较破碎，对煤柱尺寸的选择与巷道支护形式提出要求，保证围岩能形成一定承载能力的支护整体。多个矿区的实践经验表明，小煤柱沿空掘巷的变形和破坏的特点为：掘进期间巷道围岩变形量较小，而受到本工作面采动影响后，巷道围岩变形明显加大；相对于顶底板移近量，围岩变形以两帮为主，变形特征只是向巷内挤入；在顶底板移近量中，掘进期间以顶板下沉为主，而在受采动影响时，巷道底鼓明显大于顶板下沉。

 

　　1.2煤柱宽度与巷道围岩变形的关系理论研究和实践表明，围岩变形在煤柱宽度10m左右存在最大值。随着煤柱宽度增加或减少，围岩变形量都在逐渐减少，而且围岩越软，这种趋势越明显，护巷煤柱宽度应有一定的取值范围（一般取3～5m）。

 

　　1.3小煤柱变形的影响因素沿空掘巷小煤柱的基本特点是：煤柱垂直变形较小，主要表现为水平变形强烈。在恒定载荷作用下，水平变形因煤柱两侧的变形破坏程度和约束情况不同而呈现明显的不对称性。小煤柱宽度不同时，其水平位移和垂直位移有较大差别。影响小煤柱变形的因素很多，包括巷道埋深、煤柱高度、煤柱强度等。在特定的小煤柱尺寸和锚杆支护条件下，以下几个方面为影响小煤柱变形的主要因素：①巷道上覆岩层活动是否稳定。当上覆岩层处于运动和不稳定状态时，会导致小煤柱载荷增加，变形进一步加大；而上覆岩层处于相对稳定状态时，作用于小煤柱上的载荷可认为是恒定的，小煤柱变形只与其承载能力有关，变形不是很强烈。②小煤柱支护强度。锚杆支护可提高锚固范围内煤体强度，为小煤柱提供一定的侧向约束，增强小煤柱承载能力，在一定程度上抑制小煤柱向巷道内移动。③小煤柱的破坏程度。小煤柱处于上区段工作面采空侧的煤体中，在其宽度范围内遭受了不同程度的破坏。破坏程度越大，煤柱的稳定性越差。

 

　　1.4小煤柱合理宽度设计

 

　　1.4.1设计原则沿空掘巷采用锚杆支护，合理的小煤柱宽度的确定应遵循以下几个原则：①锚杆可施工原则。小煤柱采用锚杆支护时，锚杆能锚固在煤柱中这就要求煤柱宽度应至少大于锚杆长度。②处于应力降低区原则。在条件允许的情况下巷道宽度与小煤柱宽度之和，应尽量布置在应力降低区。③保证锚杆锚固效果原则。小煤柱不可避免地出现塑性变形和一定程度的破坏是因为受上区段工作面回采及巷道掘进的影响。如果煤柱过窄，可能使锚杆安设在破碎煤层中，致使锚杆锚固力减弱，支护作用降低。合理煤柱宽度时，是保证锚杆锚固端处于较好的煤体中，提高锚杆锚固力，真正发挥锚杆的支护作用的重要因素。④预留巷道变形原则。在设计巷道断面时，应充分考虑巷道变形量，沿空掘巷合理小煤柱宽度不仅要能保证巷道围岩的稳定性，围岩变形量还应能够满足生产要求。⑤提高煤炭回收率原则。沿空掘巷采用锚杆支护，小煤柱在满足以上要求时，宽度应当尽可能小，以此来提高煤炭回收率。

 

　　1.4.2理论计算法根据上述小煤柱设计原则，采用煤帮两帮煤体应力和极限平衡理论，可按合理煤柱宽度计算简图图1计算合理的最小护巷煤柱宽度B：

 

　　B=x1+x2+x3

 

　　式中x1—上区段工作面开采在煤柱中产生的塑性区宽度，（m）；x2—锚杆锚入煤柱的深度，（m）；x3—安全系数，x3=（0.15～0.35）（x1+x2），（m）。

 

　　x1可用下式计算：x1=■ln■

 

　　式中，m—上区段平巷高度，（m）；A—侧压系数，A=■，u为泊松比；φ■—煤体内摩擦角（°）；C0—煤体黏聚力，（MPa）；k—应力集中系数；H—巷道埋深，（m）；γ—岩层重力密度，（MN/m3）；P0—上区段平巷支架对下帮的支护阻力，（MPa）。

 

　　对于中等稳定围岩的沿空掘巷，B值一般为4m左右。

 

　　1.5小煤柱沿空掘巷支护原则小煤柱沿空掘巷的服务年限大体较短，本区段工作面回采完毕后即停止工作，允许巷道有较大变形，前提是围岩不发生破坏失稳和断面满足生产要求。因此，在支护原理与支护设计方面应考虑一下原则：①减少围岩松散变形，以支护形式与参数应能适应沿空掘巷的矿压显现规律。②保持顶板的完整性。沿空掘巷顶板一般比较破碎，所以要保持顶板的整体性，应采用高强度、高刚度的组合锚杆支护系统。③提高小煤柱的承载能力与稳定性。要求锚杆支护系统具有较高的预紧力和强度，向煤柱提供较大的支护阻力，以便提高煤柱强度和整体承载能力。④减少实体煤帮的变形。导致实体煤帮位移量很大的原因是实体煤帮在掘巷及本工作面回采影响时承受较大的垂直集中应力。所以，采用高强度、高刚度的组合锚杆支护系统，注重底脚锚杆的布置是沿空掘巷实体煤帮支护应该注意的。
 

 

　　朱家河煤矿14520工作面为较大采高（3.2～4.0）综采工作面，运输巷埋深230m。巷道沿5号煤层底板掘进，沿空侧护煤柱宽度4m，属小煤柱沿空掘巷。

 

　　2.1巷道地质与生产条件5号煤层平均厚度4.0m，平均倾角11°。深灰色粉砂岩为直接顶板，厚度2.5m，层理发育；它上面是7.5m厚的浅灰色中砂岩，以斜层理为主。

 

　　再上为褐色粉砂岩，厚约15m，含铝土质和植物化石。5号煤层直接底板为深灰色粉砂岩，厚约0.5m；其下为浅褐色细砂岩，厚约2.5m，胶结致密。巷道断面为矩形类，顶板倾斜。宽度3.5m，中高3.5m。

 

　　2.2锚杆支护参数①顶板支护：W钢带组合锚杆支护。锚杆为超高强度螺纹钢锚杆，直径22mm，长2.4m，极限拉断力为312kN，延伸率19%。全长锚固，采用一只Z2388树脂药卷。W钢带宽220mm，长3.3m，厚2.5mm。使用菱形金属网护顶。5根锚杆为一排，间距为600～900mm，排距达到900mm。②煤帮支护：锚网支护。高强度螺纹钢锚杆作为锚杆，直径22mm，长1.8m，极限拉断力228kN，延伸率26%。锚固方式为全长锚固。采用塑料网护帮。每帮4根锚杆，低帮锚杆间距800mm，高帮间距1000mm。

 

　　2.3支护效果高强度锚杆支护的点是提高了板岩层的整体性和刚度，高效率地控制顶板早期离层，大大增强巷道围岩的稳定性，从而使巷道在服务期间一般不需要维修。高强度锚杆支护与工字钢支架相比，大幅度减少了巷道掘进和回采期间的顶板及两帮变形量。高强度锚杆支护巷道与普通锚杆支护、矿用工字钢支架巷道相比顶板下沉量分别降低了43%和59%。

 

 

　　高强度锚杆支护简化了综采工作面的端头支护和超前支护工艺，首先提高了巷道掘进速度。试验巷道采用了新的施工工艺，减少了传统锚杆支护的多道施工工序，实现了钻顶板锚杆空、搅拌树脂药卷和安装锚杆一体化，从根本上改变了掘进机割煤与锚杆钻孔、安装不平衡的现象。其次有利于回采工作面快速推进。高强度锚杆支护大大简化了回采工作面的端头支护及上下巷的超前支护工艺。三是综合经济效益显著。因此，采用高强度锚杆支护可以使煤巷取得了很大的收入。

 

 

　　①小煤柱沿空掘巷锚杆支护技术项目在煤矿生产中已广泛推广使用。该项技术缩短了巷道维护时间，降低了维护费用，提高了煤炭资源回收率，是一项行之有效的实用技术项目。②小煤柱起到挡矸、防漏风作用，解决了完全沿空掘巷存在的问题。③在小煤柱锚杆布置上，应注意两个问题。一是适当加大锚杆密度，以保证锚杆锚固范围内围岩稳定。二是合理布置拱角锚杆安装角度，对控制小煤柱变形很有好处。④沿空掘巷一般在临近工作面采完、采空区顶板岩层活动大体稳定后进行，影响工作面正常接续时间，应根据实际情况而定。