沿空掘巷窄煤柱穩定性控制技術

王曉琿

（山西新景煤業有限責任公司 ，山西 陽泉 045000）

1 概 況

某礦穩定可采煤層只有山西組的3#煤，3#煤厚度大而且穩定，厚度7.60～11.83 m，平均厚度8.76m，煤層傾角平均6°。直接頂板主要為粉砂巖或砂質泥巖，其次為泥巖，一般厚度為1.30～16.0m，老頂以中-細粒砂巖為主，以及細粉砂巖及粉-細砂巖互層，厚7～15 m，裂隙較為發育。

6302軌道順槽，沿6301工作面采空區布置，中間留設3m的煤柱，靠工作面外側布置移動電站。6302軌道順槽設計斷面為斷面為梯形，上寬4400mm，下寬5000mm，高3200 mm。由于6302軌道順槽要在上覆巖層還未充分穩定的條件下進行沿空掘巷，故其窄煤柱側的穩定是6302軌道順槽沿空掘巷[1]成功的關鍵。該礦對6302軌道順槽窄煤柱穩定性控制技術應用取得成功，希望可以為相似條件的礦井提供借鑒。

2 窄煤柱錨桿支護改進方法

根據前人理論分析以及在實驗室中所做試驗得知煤柱在拉剪階段將會出現“X”形破壞，破壞角度在61°～65°之間。為保障煤柱變形破壞后仍具有一定的強度，足夠維持自身的穩定，在錨桿角度設計時應結合實驗結果進行角度調整。

1）上下部錨桿改進方式。對于上部錨桿，其仰角α應為其破壞角的余角，即α=90°－β。范圍為25°～29°，為統一設計，方便施工，設置仰角為30°。對于下部錨桿，其俯角δ應為其破壞角的余角，即δ=90°－β范圍為25°～29°，設置仰角為30°。

2）中部錨桿改進方式。現場實測表明，某煤礦6302工作面窄煤柱存在三個區域，如圖1所示，中間部分為穩定區域，因此在設計錨桿長度時，只需將錨固點設置在穩定區域即可，因此改進長度為2000mm，樹脂藥卷錨固位置為穩定區域，即沿空巷道為0起點，至采空區為正向120～220mm處。

3 沿空巷道圍巖控制設計

3.1 基本支護

頂板錨桿：采用桿體型號為MSGLW—500規格為MLⅣ22/2400 Q/YZK 031型錨桿進行錨固；間排距初步定為800mm×900 mm；錨固方式為全長錨固，采用4卷MSCK25/60 Q/YZK033樹脂錨固劑。

幫錨桿：采用桿體型號為MSGLW—500規格為MLⅣ20/2000 Q/YZK 031型錨桿進行錨固；間排距初步定為800 mm×900 mm；沿空側幫每根錨桿使用用3卷MS CK 25/50 Q/YZK 033樹脂錨固劑，全長錨固；非沿空側幫每根錨桿使用用3卷MS CK 25/60 Q/YZK033樹脂錨固劑，加長錨固。

鋼帶：頂部布置GDⅡT 140/20 Q/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。

鋼筋梯子：幫部布置GT 8/3300 Q/YZK 035鋼筋梯或GT16/2600 Q/YZK035圓鋼鋼筋梯，加工材質采用Φ16 mm的光圓鋼筋加工。

金屬網：采用 LW40/3-SZ-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。

圖2 沿空巷道斷面支護參數示意圖

圖3 沿空巷道頂板支護參數示意圖

錨索：頂部采用桿體型號為SKP22-1/1700規格為SK22/5-1700 Q/YZK 078錨索，幫部采用桿體型號為SKP22-1/1700規格為 SK22/5（3.5）-1700 Q/YZK 078錨索，頂部5m長錨索錨固端采用2卷型號為MS CK 25/60 Q/YZK 033樹脂錨固劑進行錨固，考慮到沿空掘巷窄煤柱[2]寬度及煤柱破碎狀況，幫部3.5m長錨索錨固端采用1卷型號為MS CK 25/60 Q/YZK 033樹脂錨固劑進行錨固。

沿空巷道具體支護參數如圖2～圖5所示。

圖4 沿空巷道兩幫支護參數示意圖

3.2 加強支護

受近距離采空區的影響，上區段工作面采空區未充分垮落、壓實，覆巖活動仍未穩定，煤柱周圍應力集中仍可能存在，同時考慮到受本工作面回采活動的二次采動影響，為避免沿空掘巷窄煤柱破壞及巷道變形嚴重，掘進期間若出現巷道圍巖變形量過大，冒頂及沿空側片幫明顯時，可采用錨索注漿方法對沿空掘巷煤柱進行加固，起到“長注”支護作用，具體方案如下：

注漿錨索[3]采用兗礦集團應用較為成熟的雙股籠形注漿錨索，單股錨索鋼絞線公稱直徑Φ15.24mm，強度1860MPa，破斷載荷不低于250kN。錨索長2500mm，錨深2200mm，每隔2排錨桿打一排錨索，巷道沿空側頂角及底角處各采用1根注漿錨索代替原有普通錨桿（索），上部孔仰角10°，下部孔俯角8°左右。注漿錨索布置如圖5所示。

3.2.1 施工設備及注漿材料

設備：風動注漿泵，附攪拌機、管路、注漿管、連接配件、排氣管、水桶（檢驗孔內是否注滿漿液）、封孔材料（面紗和快硬水泥，或者其它化學封孔材料及專用封孔器等）等；

材料：雙股籠形注漿錨索；樹脂錨固劑；普通425#硅酸鹽水泥（3%左右的速凝劑，如水玻璃；水灰比 0.5～0.8：1）。

3.2.2 施工工藝

工藝流程主要包括：打眼→安裝和固定錨索→固定注漿管及排氣管→封孔→注漿→上托盤、緊固錨索，如圖6所示。

圖5 注漿錨索布置斷面圖

圖6 注漿錨索工藝示意圖

1）打眼：手持式風動鉆機鉆孔，孔徑42mm，深2.0m～2.1m。

2）安裝和固定錨索：第一步完成排氣管的固定，將錨索拉直，在距離錨索頂端25～45mm的地方使用防水膠帶將排氣管與錨索纏在一起，固定間距為1m，在用膠帶固定時要注意不要纏的過緊，以免壓迫排氣管，導致氣流不暢。排氣管的長度要超出錨索外露部分2～3m。第二步完成注漿管道的固定，在錨索的外露部分用膠帶將直徑為20mm的注漿管固定，注漿管一般要進入錨索孔一段距離，通常這個距離控制在0.6～1.1m，注漿管的另一端也要超出錨索孔400mm左右。最后，將上述固定好排氣管和注漿管的錨索放入預先施工好的鉆孔中，安放過程中要小心操作，防止注漿管和排氣管的脫落。

3）封孔：首先在錨索的四周用細棉紗進行封堵，之后再注入速凝的水泥漿液來進一步密封鉆孔，封孔的長度一般大于250mm，防止漿液的漏出。

4）注漿：①按一定比例往攪拌桶內加入水泥和水，水玻璃添加量為水泥重量的3%，即每袋水泥(50kg)加水玻璃1.1L，攪拌均勻。檢查注漿管與注漿泵是否連接好，把排氣管一端放入盛滿水的水桶中。②啟動攪拌機和注漿泵，往錨索孔內注漿。錨索孔內注滿漿液的標志為沒有氣泡從排氣管中冒出，此時關閉注漿泵和攪拌機，卸掉連接套。③注漿時，為保證施工質量應一次性注滿鉆孔，為避免注漿管路發生堵塞，注漿過程中應盡量縮短停滯時間，一般不超過1min，同時要注意注漿泵上的壓力表，防止發生堵塞使注漿管爆裂。④注漿結束后，應對攪拌機和注漿泵進行清洗，一般往桶內倒入一定量的混有潤滑油的清水，同時啟動注漿泵使殘留在機器內的漿液排除，防止殘漿堵塞管路，造成機器的損壞。

5）安裝錨索托盤，施加預緊力：錨索注漿后，一般需要有一天左右的凝結時間，之后可以安上托盤擰緊螺母。

4 總 結

以6302工作面的軌道順槽為研究對象，對其在不穩定覆巖下進行沿空掘巷留小煤柱時，如何保證小煤柱的穩定性進行了研究，并且針對具體的情況提出了相應的支護方案。采用該支護技術方案后，6302軌道順槽圍巖穩定性良好，能夠保證6302工作面的安全回采，同時取得了良好的經濟效益。可以為相似條件的礦井進行沿空掘巷時提供良好的借鑒和示范。