摘要：对东周窑矿8号煤层的回采巷道宽煤柱护巷技术评估中，发现单用全锚索支护措施未达到预期效果。借助UDEC数值模拟软件，分析了煤柱受力状态的动态变化以及巷道表面变形量的量化分析。模拟结果显示，当煤柱宽度超出8 m阈值时，煤柱内部应力集中现象加剧，增加巷道周边围岩的不稳定性和支护结构的有效性。依据数值模拟成果，确定了18104胶带巷留设8 m宽的护巷煤柱，设计了针对性的巷道锚杆锚索支护方案，矿压监测数据表明，巷道表面的变形量被有效控制在合理范围内，锚杆所承受的载荷也处于安全设计标准内。

　　关键词：宽煤柱；全锚索支护；数值模拟；矿压监测

　　0引言

　　综放开采技术作为现代煤矿开采领域的一项关键技术，在全球煤矿开采行业中占据了重要地位，但随着开采深度的增加和开采强度的加大，综放工作面沿空巷道的稳定性问题日益凸显，成为制约煤矿安全生产和高效开采的关键因素之一[1]。

　　沿空巷道作为综放工作面开采过程中的重要通道，稳定性关系到矿井的生产效率和安全状况。在综放开采过程中，由于煤柱的留设和支护方案的选择不当，会导致巷道围岩的破坏和变形，影响巷道的正常使用和矿井的安全生产[2]。近年来，随着计算机技术和数值模拟方法的不断发展，为综放工作面沿空巷道护巷煤柱宽度及支护方案的研究提供了新的手段和方法[3]。张文龙等[4]通过数值模拟结合煤柱变形和隔离采空区作用,确定寺家庄矿的煤柱回收工作面沿空巷道煤柱宽度取5 m比较合适，为煤柱宽度的确定和支护方案的选择提供科学依据。同时，现场实践也是检验研究成果的重要手段，通过现场监测和数据分析，可以验证研究成果的合理性和有效性。

　　采用数值模拟技术与现场实地试验相结合的手段，对综合机械化放顶煤工作面中沿空巷道的煤柱留设宽度及支护设计方案展开探究工作。为矿井的安全高效生产提供有力保障，为综放工作面沿空巷道的稳定性问题提供新的解决思路和方法。

　　1工程背景

　　东周窑煤矿的18104工作面主要开采8号煤层，煤层厚度差异性显著，厚度范围在5.78~8.13 m之间波动，平均厚度稳定在约6.38 m。煤体颜色深邃，呈现出半亮煤的特征，结构以块状为主，内部裂隙发育广泛，煤质相对疏松，易于形成贝壳状断口。在某些局部区域，煤层中嵌入了条带状泥岩夹矸，部分下层夹矸的厚度异常增大，达2.07 m，使8号煤层自然分割为上下两层，其中下层的煤厚度在0.33~1.00 m之间。

　　18104工作面位置独特，位于11采区准备巷道的南翼，上方（西侧）与已开采完成的18102工作面相连，处于下方且东侧位置与已开采完毕的18106工作面相邻接，工作面布局如图1所示。在东周窑煤矿中，回采工作面普遍实施了一种采用宽幅区段煤柱的布局方案，在巷道的掘进阶段和工作面的开采作业期间，均发现了围岩发生了明显的形变现象，使得预期的围岩控制效果未能得以充分实现。鉴于此，选取了18104胶带巷作为研究对象，对窄煤柱沿空掘巷技术的实际应用及其配套的支护方案进行了全面而深入的探讨与分析。

　　2数值模拟与分析

　　为研究地层结构在特定开采条件下的响应特性，采用计算机模拟软件UDEC6.0来构建地层模型，由11层岩层组成，包含了目标煤层—8号煤层。整个地层模型的总厚度设定为60 m，充分反映实际地层的厚度特征。模型的宽度，即模拟的工作面长度方向设定为180 m，确保全面捕捉工作面开采过程中的各种力学行为。在模型的构建过程中，采用摩尔库伦模型为理论基础，能较好描述岩土材料的弹塑性行为。为模拟实际地层的埋藏条件，将模型顶面的埋深设定为400 m，在模型上部施加10 MPa的均布载荷，模拟上覆岩层的重力作用。此外，根据地质勘察资料，将测压系数设定为0.8，反映地层中水平应力与垂直应力之间的比例关系。

　　在模型简化处理方面，对工作面煤炭的采掘作业流程及沿空巷道的挖掘程序实施了抽象概括，简化为一个二维平面模型进行表述。针对沿空巷道的支护结构设计，沿用了18102胶带巷掘进阶段遵循的支护理念，顶板部位部署了全面的锚索支护架构，两侧壁面配置了锚杆支护措施，支护设计的数值模拟图，如图2-1所示。

　　在模拟计算过程中，为全面评估煤柱内部的应力分布状态以及巷道表面的变形情况，于煤柱的中心区域设置了一组横向的监测线，用于持续追踪并记录煤柱内部垂直应力数值的动态变化。确定煤柱在不同条件下的受力状态。为直观了解巷道表面的变形状况，在巷道顶板、底板以及两帮的中部均设置专门的测点，记录巷道表面的位移数据。为进一步探索煤柱宽度对巷道稳定性的影响，在数值模拟分析中选取了7、8、9、10 m四个代表性的煤柱宽度进行研究。

　　经由模拟运算及数据的系统化处理，获得了煤柱内部垂直应力分布状况以及巷道表层形变量的模拟分析结果（如图2-2与图2-3所示）。其中，图2-2揭示了不同煤柱宽度下煤柱内部垂直应力的分布情况，图2-3则展示了巷道表面变形量随煤柱宽度变化的情况。通过分析可知，煤柱内部的垂直应力，在横向延伸的深度上，显现出一种具有标志性的单峰形态的曲线变化趋势。煤柱的两侧边缘地带，由于承受了外部应力的直接作用，致使煤体产生了屈服性的形变，导致这些位置上的垂直应力值相对较低。煤柱中部的煤体由于相对较为完整，承受的垂直应力呈现出峰值状态。分析不同煤柱宽度下的应力峰值时发现，当煤柱宽度设定为7 m和8 m时，内部的应力峰值分别为17.6 MPa和19 MPa，表明在这一宽度范围内，煤柱内部的应力分布状态相对稳定，未出现显著的跃升现象。当煤柱宽度增加至9~10 m时，应力峰值分别为22.5 MPa和24 MPa，与7 m和8 m宽度下的峰值相比，出现了较大的跃升，表明随着煤柱宽度的增加，煤柱内部承受的垂直应力也随之增大，特别是在宽度达到临界值后，应力的增长趋势变得更加明显。

　　在煤矿开采工程中，煤柱的稳定性是确保巷道安全与生产效率的关键因素之一。从应力分布的角度剖析，煤柱内部应力水平的高低关联到稳定性状态。煤柱内应力越大，内部结构越易受到破坏，稳定性亦随之下降。因此，从应力管理的角度出发，为维护煤柱的整体稳定，护巷煤柱的宽度设计应严格控制8 m之内。巷道表面变形量的变化曲线展示了煤柱宽度在7~10 m区间内变化时，巷道表面变形量的动态响应。数据表明，煤柱宽度的逐渐提升伴随着巷道表面形变程度的相应增加，当煤柱的宽度落在7~8 m的区间内时，巷道表面的形变幅度未表现出显著的区分，表明在这一宽度范围内，煤柱对巷道变形的约束作用相对稳定。当煤柱宽度增至9~10 m，巷道两帮的变形量以及底板的底鼓量均出现明显增大，反映了煤柱宽度增加对巷道稳定性的不利影响。从应力分布和巷道表面变形两个维度分析，可得出一致的结论：从维护沿空巷道稳定性的角度出发，护巷煤柱的宽度不宜超过8 m。
       3支护方案及工程验证

　　3.1支护方案

　　旨在提高沿空巷道的支护效能，在18104胶带巷实施了锚杆与锚索协同支护的方案，建立一套更为先进适宜的支护系统。为准确确定支护参数的具体设定值，运用了数值模型进行模拟计算与分析，分析内容涵盖了锚杆的长度、锚杆的间距以及排列密度，以及锚索的长度、锚索的间距以及排列密度等一系列关键参数。

　　在模拟分析过程中发现，随着锚杆长度的逐步增长，围岩的形变程度展现出逐渐降低的趋势。当锚杆的长度由2.0 m提升至2.4 m时，巷道表面的形变幅度出现了明显的缩减，表明较长锚杆能更有效地约束围岩的位移，提升支护效果。当锚杆长度增加至2.6 m时，相对于2.4 m的情况，巷道表面位移量的变化幅度相对较小，支护效果的改善并不明显，表明锚杆的长度并非越长就具有越好的支护效能，而是存在一个最优值，2.4 m是锚杆长度的最佳选择。此外，利用数值模型对顶板锚杆的合理间排距进行探究，当顶板锚杆的间排距设定为0.8 m时，支护效果最为理想。

　　3.2工程效果

　　为保障巷道空间布局的合理、支护结构体性能的可靠以及设计参数精度的达标，在18104胶带巷掘进施工过程中，执行了一套周密的监测方案，定期于巷道内安装了监测围岩变形情况及锚杆受力水平的观测点。监测开始后的前10 d里，巷道表面的形变幅度呈现出了迅速增大的趋势。随着掘进作业的持续推进和支护结构的逐步稳定，巷道表面的变形速度在10~30 d内减缓并最终趋于零。进入30~60 d的监测阶段，巷道顶底板与两帮的移近量均趋于稳定，不再发生显著变化。顶底板的移近量稳定在224 mm，两帮的移近量则稳定在241 mm，证明了巷道支护结构在控制围岩变形方面的有效性，表面变形量满足工程实际的安全要求。

　　对顶板及两帮锚杆载荷的监测结果表明，在监测的前12 d内，锚杆载荷逐渐增大，反映了锚杆在承受围岩压力过程中的逐步受力过程。锚杆载荷趋于稳定，顶板锚杆的载荷维持在约120 kN的合理水平，两帮锚杆的载荷则在60~80 kN之间波动，均处于其设计承受范围之内。这一结果表明，锚杆支护结构在承受围岩压力方面表现出色，能够有效地维持巷道的稳定性。

　　综上所述，通过对18104胶带巷掘巷阶段围岩变形量及锚杆载荷的实时监测与分析可知，在当前的巷道空间配置、支护结构及其设计参数下，巷道围岩得到了较好的控制，支护性能良好，为后续的煤炭开采作业提供了有力的安全保障。

　　4结论

　　1）以东周窑煤矿的18104胶带巷掘进工程为研究对象，采用数值模拟方法对煤柱的力学响应特性以及巷道表面的变形状况展开分析，并进行了系统的监测与分析。研究结果表明，为确保巷道结构的稳定，煤柱的宽度需严格限定在8 m以内。

　　2）依据巷道在既有支护条件下的围岩变形特性，构思了一套锚杆锚索支护方案，为进一步优化该支护方案的具体参数配置，借助数值模拟技术进行了更为精细的探讨与验证。

　　3）在18104胶带巷实施了经过优化的布置方案及支护设计后，巷道的表面形变有效限定在了一个合理且可接受的范围之内，顶板以及两侧边墙的锚杆所承受的载荷也均稳定地维持在事先设定的合理界限之内。

参考文献

　　[1]郭建龙，赵龙祥.急倾斜特厚褶曲煤层分层综放工作面俯斜旋转开采工艺实践[J].中国煤炭工业，2024（11）：66-68.

　　[2]李齐文，赵桃园，刘宇.钱营孜矿沿空掘巷窄煤柱留设及支护方案设计研究[J].山东工业技术，2015（14）：32.

　　[3]于齐场，侯祥坤，李鑫.大采高孤岛工作面沿空护巷煤柱合理宽度研究[J].山西煤炭，2024，44（3）：27-36.

　　[4]张文龙.沿空掘巷窄煤柱应力及围岩变形规律数值模拟研究[J].煤炭与化工，2019，42（2）：42-45.