摘要：在復合軟巖頂板、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，在復合軟巖頂板條件下實現快速掘進，保證了巷道安全和工作面正常生產，實現了高產高效。
關鍵詞：復合軟巖 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）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；在村莊非壓煤區采用長壁工作面布置，在村莊壓煤區采用短壁條采工作面布置。
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，在可采范圍內平均厚度達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。煤層頂板裂隙發育，節理多，為復合頂板。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，屬于不穩定巖層。
3 1301上幫面礦壓觀測資料分析
    1301上幫面東側與已回采結束的1301工作面相距10m,西側與隔有莊頭支斷層的1305工作面相鄰。
    工作面支護方式：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，金屬網采用1500×130mm，鋼梯采用1500×60mm。
    錨桿排列形式為矩形排列，金屬網由Φ4mm的冷拔鋼筋制作，網格為50×50mm，網片搭接長度為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的低松馳預應力鋼絞線截制而成，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規律基本一致，但是，由于軌道外側是1301工作面已采區，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。且老頂斷裂大多位于煤壁前方4～8m范圍內，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。
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，超前巷道圍巖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分析
    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。
    工作面回采過程中的超前影響約在70～80m范圍內，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在煤壁前方8～12m范圍內。
（3）皮帶巷礦壓顯現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，說明煤層擠出現象嚴重。
4 1312和2302工作面煤柱留設尺寸、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、回采工程出現的巷道失穩，給生產造成了一定影響，決定1312工作面與1305工作面留設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上幫面的煤柱留設及支護方式和1312工作面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面相同。
    兩幫支護：采空區側用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2200×900mm，鋼梯2200×60mm。回采側用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，金屬網采用1500×130mm，鋼梯采用1500×60mm。
    錨桿排列形式、材料、規格與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的低松馳預應力鋼紋線截制而成，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，在工作面長度基本相同的情況下，2302工作面實現效益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工作面礦壓觀測結果，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。
    錨桿要避免安設在破碎區域中，根據1301工作面順槽兩幫松動圈測試結果，松動圈范圍在2.0m左右，考慮到錨桿的長度和松動系數，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面實際情況綜合分析，在復合軟巖頂板、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