摘要：在復(fù)合軟巖頂板、松軟煤層條件下，確定合理的沿空掘巷煤柱尺寸和改革巷道支護工藝，在復(fù)合軟巖頂板條件下實現(xiàn)快速掘進，保證了巷道安全和工作面正常生產(chǎn)，實現(xiàn)了高產(chǎn)高效。
關(guān)鍵詞：復(fù)合軟巖 松軟煤層 沿空掘巷 理論探討
    岱莊煤礦位于山東濟寧煤田（東區(qū)）北部，其主采煤層為3上煤層，平均厚度2.53m，其頂板巖性以粉沙巖為主，次為泥巖。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(qū)采用長壁工作面布置，在村莊壓煤區(qū)采用短壁條采工作面布置。
1 礦井煤層賦存地質(zhì)條件
    礦井現(xiàn)開采二迭統(tǒng)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，在可采范圍內(nèi)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(gòu)造，層狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)外生裂隙均較發(fā)育，結(jié)構(gòu)簡單，一般含一層夾石，最多含四層，夾矸巖性以泥巖為主。
2 岱莊礦巷道布置與圍巖情況
    岱莊礦工作面順槽沿煤層頂板布置。煤層頂板裂隙發(fā)育，節(jié)理多，為復(fù)合頂板。頂板以粉砂巖為主，次為泥巖、中砂巖和細砂巖，厚0.25m～30.59m，平均4.07m，局部見泥巖或粉砂巖尾頂一層，厚0.20一0.53m。抗壓強度：粉砂巖33.1～64.5MPa，中砂巖60～114. 9MPa，平均79.6MPa；泥巖44.8～55.5MPa，平均50.2MPa，底板以粉砂巖為主，次為泥巖，厚0.54～15.46m，平均2.88m，偶見泥巖底，0.22～0.50m，抗壓
強度44.8～55.5MPa。頂板圍巖的抗壓強度比較低，屬于不穩(wěn)定巖層。
3 1301上幫面礦壓觀測資料分析
    1301上幫面東側(cè)與已回采結(jié)束的1301工作面相距10m,西側(cè)與隔有莊頭支斷層的1305工作面相鄰。
    工作面支護方式：錨網(wǎng)索聯(lián)合支護。
    頂部支護：采用Φ18mm無縱筋全螺紋鋼樹脂錨桿，長2300mm，錨桿間排距800×800mm，每排錨桿為5根，每孔用藥卷CK2350二塊，金屬網(wǎng)規(guī)格為3700 x 950mm，鋼梯規(guī)格為3700 x 60mm。
    兩幫支護：Φ18mm無縱筋全螺紋鋼樹脂錨桿，長1500mm，錨桿間排距1000×1200mm，每排錨桿為2根，每孔用藥卷CK2350一塊，金屬網(wǎng)采用1500×130mm，鋼梯采用1500×60mm。
    錨桿排列形式為矩形排列，金屬網(wǎng)由Φ4mm的冷拔鋼筋制作，網(wǎng)格為50×50mm，網(wǎng)片搭接長度為100mm，鋼梯由Φ12mm圓鋼焊接制作。
    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的低松馳預(yù)應(yīng)力鋼絞線截制而成，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＃槽鋼加工制作而成，長2.0m，索孔間距1.4m。
    軌道順槽在掘進400m后和回采過程中壓力大，頂幫變形較大，給生產(chǎn)造成較大影響。
    2001年8～9月對1301上幫面進行了礦壓觀測，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(xiàn)規(guī)律基本一致，但是，由于軌道外側(cè)是1301工作面已采區(qū)，而皮帶巷外側(cè)是實體煤，所以皮帶巷的礦壓顯現(xiàn)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。且老頂斷裂大多位于煤壁前方4～8m范圍內(nèi)，以4m范圍為多，而軌道巷老頂初次斷裂在8～12m,其余均在8m范圍內(nèi)。
3.2超前支撐力分布
    超前支承壓力高峰區(qū)約在煤壁前方8～12m，超前巷道圍巖破壞區(qū)約在自煤壁向前方8m左右，應(yīng)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分析
    軌道巷收斂變形數(shù)據(jù)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?shù)滓平�量僅為35mm。說明煤層擠出現(xiàn)象嚴重，應(yīng)該加強兩幫煤層的支護。
    工作面回采過程中的超前影響約在70～80m范圍內(nèi)，頂板下沉速度顯著增加的范圍在工作面前方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(dǎo)致皮帶巷收斂變形減弱。
3.4綜合分析
（1）工作面初次來壓步距21.5m，周期來壓步距為8.3～10.6m，平均9.68m。
（2）超前影響范圍在工作面前方70～80m，超前支承壓力高峰區(qū)在煤壁前方8～12m范圍內(nèi)。
（3）皮帶巷礦壓顯現(xiàn)及收斂由于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(xiàn)象嚴重。
4 1312和2302工作面煤柱留設(shè)尺寸、支護方法及效益分析
4.1 1312工作面
    在確定1312工作面和1305工作面煤柱尺寸時，考慮到1301上幫面掘進、回采工程出現(xiàn)的巷道失穩(wěn)，給生產(chǎn)造成了一定影響，決定1312工作面與1305工作面留設(shè)15m煤柱，其支護方式同1301上幫面。自2002年元月開始掘進順槽，10月份回采結(jié)束，掘進、回采正常。
4.2 2302工作面
    確定2302工作面與2301工作面煤柱尺寸時，充分考慮到1301上幫面的煤柱留設(shè)及支護方式和1312工作面的煤柱留設(shè)及支護方式，決定留設(shè)10m煤柱，改革支護方式。
支護方式：錨網(wǎng)索聯(lián)合支護。
    頂部支護與1301面相同。
    兩幫支護：采空區(qū)側(cè)用Φ18mm無縱筋全螺紋鋼樹脂錨桿，長1800mm，排距800×800mm，每排錨桿為3根，每孔用藥卷CK2350二塊，金屬網(wǎng)2200×900mm，鋼梯2200×60mm。回采側(cè)用Φ18mm無縱筋全螺紋鋼樹脂錨桿，長1500mm，排距1000×1200mm，每排錨桿2根，每孔用藥卷CK2350一塊，金屬網(wǎng)采用1500×130mm，鋼梯采用1500×60mm。
    錨桿排列形式、材料、規(guī)格與1301面相同。
    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的低松馳預(yù)應(yīng)力鋼紋線截制而成，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＃槽鋼制作，長2.0m，索孔間距1.4mm。每排錨索之間垂直巷道打設(shè)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(cè)隔5～lOm打設(shè)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(shè)10m煤柱比15m煤柱效益是顯著的，在工作面長度基本相同的情況下，2302工作面實現(xiàn)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(jù)1302工作面礦壓觀測結(jié)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(jù)壓力分布情況，可能送巷的位置有4種：（1）在采空區(qū)邊緣不留煤柱的沿空送巷；（2）在內(nèi)應(yīng)力電留小煤柱的沿空送巷；（3）在外應(yīng)力場中的煤柱；（4）在原始應(yīng)力區(qū)的大煤柱護巷。送巷的最佳位置是內(nèi)應(yīng)力場中的小煤柱送巷。
    錨桿要避免安設(shè)在破碎區(qū)域中，根據(jù)1301工作面順槽兩幫松動圈測試結(jié)果，松動圈范圍在2.0m左右，考慮到錨桿的長度和松動系數(shù)，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(jù)理論分析和已施工的三個工作面實際情況綜合分析，在復(fù)合軟巖頂板、松軟煤層條件下加強巷道支護，合理的煤柱尺寸在10m左右，最大不大于15m。

作者：淄礦集團岱莊煤礦 張洪鵬 曹忠 江兆利