鮑店煤礦103下03工作面沿空掘巷支護技術研究與應用

朱 敬 曲延倫

（1.兗州煤業股份有限公司鮑店煤礦，山東省鄒城市，273513；2.兗礦集團生產技術部，山東省鄒城市，273500）

鮑店煤礦103下03工作面位于十采區北部，是十采區3下煤層第三個區段的工作面，東起103下03切眼，西至設計停采線，北鄰回采完的103下02工作面，南與尚未開采的103下04工作面相鄰（103上01、103上02、103上03、103上04、103下01、103下02工作面均已回采完畢）。該工作面上部為已回采完畢的103上03工作面。由于103下02工作面回采結束的時間較短，采空區處于壓力未穩定期內，沿空掘巷勢必受到動壓影響，巷道會出現不同程度的破壞和變形，影響行人、運輸和通風安全。例如103下02工作面沿空施工巷道時壓力較大，至工作面回采時巷道縮進量已達到2.5m。為確保該巷道安全施工及有效地控制巷道變形，我們采取加強支護措施，其效果顯著。

1 概述

山西組3下煤層，厚度3.00～3.47 m，平均3.26m，黑色，暗煤為主，夾鏡煤及絲炭條帶或薄層，性脆易碎，硬度f＝3.1；預計工作面內局部發育有硬質煤體，最大厚度1.6m。工作面內煤層產狀變化較大，總體趨勢為西高東低；工作面中西部較平緩；受兗州向斜影響，東部煤層傾角較大。十采區3下煤層與3上煤層之間的層間距平均厚約11.91m左右。該工作面范圍內情況如下：

煤層偽頂不發育。

煤層直接頂為粉砂巖，厚度0.48～2.82 m，平均1.62 m，深灰色，致密較堅硬，泥質膠結，裂隙較發育，比較破碎，硬度f＝4～6。

煤層老頂為中砂巖、粉細砂巖互層，厚度6.35～12.50m，平均9.67m；中砂巖，灰白色，成分主要為石英長石，泥鈣質膠結，堅硬致密，硬度f＝8～10；粉細砂巖互層，灰－灰白色，成分以石英長石為主，含少量黑色礦物，斜層理和波狀層理發育，硬度f＝8。

煤層直接底為粉砂巖，厚度0.15～3.11 m，平均1.01m，深灰色，主要成分為石英，次之為長石，泥質膠結，致密堅硬，硬度f＝4～6，富含植物根部化石。

煤層老底為粉細砂巖互層，厚度11.48～13.17m，平均12.20 m，灰色，以細砂巖為主，夾粉砂巖條帶，水平層理發育，泥鈣質膠結，成分以石英長石為主，致密堅硬，硬度f＝6～8。

回采完的103下02工作面，位于103上02工作面下方，工作面軌道巷沿103下01采空區施工，受其動壓影響，自掘進開始巷道即開始變形，直至回采時變形量已經達到2.5m，嚴重影響巷道的通風、行人及運輸。巷道支護采用錨網錨索支護，錨索僅在頂板布置，每隔一排在巷道中部位置施工一根錨索，幫部各施工4根錨桿。鑒于103下02工作面沿空巷道施工的情況，我們必須改變原有的支護方案，進一步加強頂板及兩幫支護強度，以有效地控制巷道變形量。為加強103下03沿空側軌道巷圍巖的支承能力和支護強度，初步擬定支護方案為：兩幫均施工錨索，且沿空側幫補施工注漿錨索，頂部加密錨索施工密度。

2 支護方案及參數

2.1 支護方案

初期，103下03軌道巷頂部施工6根錨桿，兩幫各施工4根錨桿，頂部錨桿間排距為800mm×900 mm，不布置錨索時為800（400）mm×900mm（±50 mm），布置錨索時為沿空側800（1200）mm×900 mm、非沿空側800（400、1600）mm×900mm。為加強103下03軌道巷幫部支護，施工至103下02工作面停采線位置后施工幫部錨索。沿空側幫部每隔2排施工1根3.5m長錨索，排距為2700mm，錨索布置在幫部肩窩下第1根錨桿位置，用錨索代替錨桿加強支護，與水平方向成25°仰角；幫部肩窩下第4根錨桿選用直徑22 mm、長度2000mm的等強度螺紋鋼錨桿，與水平方向成30°俯角。非沿空側幫部（南幫），每隔2排施工2根5m長錨索，水平布置，間排距為1200 mm×2700mm，第1根錨索布置在幫部肩窩下第1根錨桿與第2根錨桿中間位置，第2根錨索布置在幫部肩窩下第3根錨桿位置，用錨索代替錨桿加強支護。巷道支護斷面見圖1。

掘進工作面推進100m后，再對后部巷道沿空幫部采用新型注漿錨索支護，長度2500 mm，錨索間排距1200mm×1500mm，在兩排錨桿之間施工，并及時注漿。幫部支護示意圖見圖2。

2.2 支護材料

（1）錨桿。頂部采用桿體型號為MSGLW—500、規格為MLⅣ22／2400Q／YZK 031型錨桿進行錨固。兩幫采用桿體型號為MSGLW—500、規格為MLⅣ20／2000Q／YZK 031型錨桿進行錨固（103下03軌道巷北幫肩窩下第4根錨桿采用桿體型號為MSGLW—500、規格為MLⅣ22／2000Q／YZK 031型錨桿進行錨固）。

（2）托盤。托盤規格尺寸不小于100 mm×100mm×10mm，其承載力應不小于桿體屈服載荷。

（3）頂部鋼帶。頂部布置GDⅡT 140／20Q／YZK 034鋼帶，鋼帶垂直中心線，為增加錨桿孔處的強度，錨桿另加托盤。

（4）金屬網。采用LW 40／3－S Z－1×7.5（3）Q／YZK 037菱形網。頂部滿背，兩幫鋪至幫部最下一根錨桿。金屬網搭接不少于50mm，搭接牢固，每隔150mm（±50mm）聯一扣，每扣擰夠3圈，扣扣相連，無網兜。

（5）鋼筋梯。103下03軌道巷幫部布置GT 12／3300Q／YZK 035鋼筋梯，兩幫呈“︱”字型布置，加工材質采用? 12mm的鋼筋加工，連接壓茬牢固，緊貼壁面。

圖1 巷道支護斷面圖

圖2 幫部支護示意圖

（6）錨索。頂部采用桿體型號為SKP 22－1／1700、規格為S K 22／5－1700Q／YZK 078錨索，幫部采用桿體型號為SKP 22－1／1700、規格為S K 22／5（3.5）－1700Q／YZK 078錨索。如地質情況出現變化，要根據現場情況調整錨索長度。5m長錨索錨固端采用2卷型號為MSCK 25／60Q／YZK 033樹脂錨固劑進行錨固，3.5m長錨索錨固端采用1卷型號為MSCK 25／60Q／YZK 033樹脂錨固劑進行錨固。錨索用的托盤為矩形，采用Q 235 A、抗拉強度375MP a及其以上、厚度為20 mm的普通碳素鋼板加工，托盤中心孔直徑比鋼絞線直徑應大2mm，規格為220mm×220mm。無論采用何種形式和材料的托盤，其承載力應與錨索極限載荷相匹配。

沿空幫部注漿錨索，采用? 22mm×2500mm、螺旋肋鋼絲樹脂端錨螺旋鎖緊中空注漿錨索，強度級別為1860MP a，單股破斷載荷不低于250k N。

3 注漿錨索應用機理

圍巖使用注漿錨索加固是一種改善圍巖結構及其力學性質、提高圍巖自撐能力、降低支護成本、緩解巷道頂幫及底板壓力、改善巷道支護效果進行超前支護的有效方法。新型注漿錨索應用機理有：

（1）水泥漿液把圍巖和各種弱面充實，并把弱面和四周巖體重新膠結起來。

（2）注漿錨索先用專用錨索攪拌頭，進行錨索端錨，然后采用注漿實現全長錨固，將其錨固范圍內的巖層用雙股高強度籠形注漿端錨錨索加固并施加一定預應力，在錨索的壓應力作用下，其錨固范圍內的巖層產生壓縮，使其形成一整體，具有懸吊、擠壓、組合梁等作用，從而提高圍巖的整體穩定性及其力學性能，增強巷道抗動壓變形的系數。

（3）支護高度增大，有效緩解巷道頂板壓力，使頂板應力向巷道周圍分解，有效減少巷道頂部壓力。

（4）注漿錨索配合加強鋼筋梯和金屬網，使巷道成牢固的整體，避免因變形掉落矸石傷人。

4 注漿材料、設備和施工工藝

4.1 注漿材料

水泥漿采用普通R 32.5硅酸鹽水泥，每袋50 kg，注漿添加劑為ACZ－Ⅰ，其配比為水∶水泥∶添加劑＝1∶（2～3）∶（0.16～0.24）。開動攪拌機，先將清水加入到拌料桶內，再按比例加入水泥，水泥要粗篩去除雜質，混合攪拌均勻，攪拌時間不少于5m in，再按比例加入ACZ－Ⅰ注漿添加劑。漿液應混合均勻，無團塊，應特別注意桶角和邊上的材料，漿液不應過稠。攪拌均勻并使水泥呈漿狀后即可注漿。封孔材料采用細棉紗和快硬水泥，封堵長度不小于200mm。

4.2 注漿設備

采用Q B Z 20／7.0型氣動便攜式注漿泵對注漿錨索進行注漿，主要技術參數如下：

氣源壓力：0.5～0.63MP a；氣缸直徑：? 250mm；輸出壓力：6MP a；出漿量：50L／m in；耗氣量：42m3／h；重量：130kg。

水泥漿攪拌機采用D L 208型風動攪拌設備。

4.3 施工工藝

注漿錨索施工工藝為：打眼→安裝固定錨索→壓梯子網掛網→上托盤、緊固錨索→封孔→注漿。

5 注漿錨索加固效果觀測

施工過程中，巷道受未穩定區動壓影響，頂幫出現輕微開裂。根據礦壓觀測資料（見表1），注漿后巷道幫頂位移最大處1.6 m，一般為0.7～0.9m，沒有出現大的冒頂片幫現象，保證了工作面順利通過。工作面通過時巷道幫頂位移量較103下02面顯著減少，有效減少了巷道維修工程量，加強了幫頂的支護強度，取得了良好的支護效果。

表1 103下03軌道巷測點觀測情況 mm

從表1可以看出，巷道頂、底板變形量較小，在10個測點中只有1處頂板下沉較多。巷道寬度普遍出現變形，達到1.6m的只有1處，其余均小于1.0m。從整體情況看，該巷道采取強化支護措施后效果顯著，較103下02沿空巷道變形量縮減了60%。

6 經濟和社會效益

每米巷道注漿錨索加固的材料費用包括高強度錨索、注漿管、水泥、添加劑等，共計423.5元；每米巷道架棚支護的材料費用包括U型棚、坑木等，共計1498.6元。采用注漿錨索加固比金屬支架架棚，每米可節約支護材料費用1075.1元。

同時，減少了巷道修復量，避免了巷道損壞而造成的損失，保證工作面正常通風需求，保證礦井安全生產接續，其效益不可估量。

與傳統架棚支護相比，施工方法簡單、快速，減輕了工人的勞動強度，減少了輔助運輸量，提高了安全可靠程度，效益顯著。注漿錨索施工設備輕便，施工工藝簡單，便于掌握，具有廣闊的推廣前景。

注漿錨索是一種適應破碎帶、裂隙發育區及沿空煤巖柱的有效加固方式，為巷道的有效利用奠定了基礎，并為沿空巷道支護提供了一條新的有效途徑。

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