浅埋深小煤柱巷道锚杆支护技术研究

王文新，汪占领

(1.神华宁夏煤业集团公司枣泉煤矿，宁夏灵武751409;2.天地科技股份有限公司开采设计事业部，北京100013)

浅埋深小煤柱巷道锚杆支护技术研究

王文新1，汪占领2

(1.神华宁夏煤业集团公司枣泉煤矿，宁夏灵武751409;2.天地科技股份有限公司开采设计事业部，北京100013)

以枣泉煤矿12203工作面措施巷留6m和10m小煤柱巷道为实例，介绍了12203工作面措施巷的地质与生产条件，对小煤柱巷道支护技术进行了简单分析，提出了高预应力锚杆支护配合注浆加固的综合支护方案，试验效果显著，巷道变形得到有效控制，为类似条件下小煤柱巷道支护和加固提供了科学依据。

浅埋深;小煤柱;锚杆支护;注浆加固

目前，神华宁夏煤业集团有限责任公司有15对生产矿井，多数仍采用大煤柱护巷方式 (一般大于20m)。其目的一是为了巷道本身的围岩稳定;二是为了防止窄煤柱变形或破坏后会与相邻采空区沟通，形成更大的安全隐患。但从实际效果来看，大煤柱护巷并没有从根本上改善巷道维护的状况，反而影响了矿井的采出率。

枣泉煤矿是神华宁煤集团在宁东矿区新建的特大型矿井，煤柱尺寸为20～40m，造成了大量煤炭损失。为此沿12203综采工作面回风巷侧迎采动开挖1条12203工作面小煤柱措施巷，用来研究适合枣泉矿厚煤层条件下小煤柱巷道合理支护技术。

1 生产地质条件

12203工作面位于枣泉煤矿工业广场西南。工作面东西横穿碎石井背斜轴中段，轴部两翼对称。工作面宽 223.8m，工作面长平均为 709.5m。12203工作面小煤柱措施巷与11203工作面回风巷间净煤柱宽6m和10m，巷道沿煤层底板掘进，巷道埋深为60～140m。工作面布置如图1所示。

图1 12203工作面平面布置

煤层厚度在 3.3～8.7m之间，平均煤厚6.67m。二煤层顶板泥岩平均厚度为4.47m左右。二煤层底板为11.29m厚的粉砂岩;再下部为细纱岩。二煤平均单轴抗压强度为20.23MPa，粉砂岩的平均抗压强度为42.55MPa，细砂岩的平均抗压强度为55MPa。

2 数值模拟分析

为考虑不同煤柱宽度对小煤柱措施巷变形的影响程度，采用UDEC数值模拟软件对小煤柱宽度分别为3m，5m，6m，10m，20m和6m煤柱注浆加固6个方案进行模拟。模拟结果如图2和图3。

从图2可以看出，当煤柱宽度为3m和10m时，顶板下沉量比较大;其次为煤柱宽度为5m时。煤柱宽度为20m，6m时，巷道顶板下沉量较小;当对6m煤柱进行注浆加固时，巷道顶板下沉量最小。

图2 不同煤柱宽度巷道顶板下沉量

图3 不同煤柱宽度巷道采空区侧帮位移

从图3可以看出，当煤柱宽度为3m，5m和10m时，采空区侧巷帮位移比较大;其次为煤柱宽度为6m时;当煤柱宽度为20m和对6m煤柱进行注浆加固后，采空区侧巷帮位移量较小。

综上所述，当煤柱宽度为20m时，巷道的顶底板位移量和两帮移近量都比较小。煤柱宽度在10m左右时，巷道的顶底板位移量和两帮移近量都比较大。煤柱宽度为3m的巷道变形量和煤柱的稳定性均较差;煤柱宽度在5m，6m时的巷道变形量较小，对6m煤柱进行注浆加固后，巷道的顶底板位移量和两帮移近量都减小了，甚至优于20m煤柱的巷道。

3 锚杆锚索支护与注浆加固综合支护设计

3.1 锚杆锚索支护设计

根据数值分析结果及锚杆支护新理念，12203工作面小煤柱措施巷采用锚网+钢带+锚索的方式进行支护。锚杆采用22－M24－2400BHRB400号左旋无纵筋高强度螺纹钢锚杆，树脂加长锚固，锚杆预紧扭矩达到400N·m以上。顶板采用W钢带作为组合构件，规格为W280×3×4500－800－6，两帮采用W型钢护板做为组合支护构件，宽度280mm、长度 450mm、厚 5mm。锚杆间排距800mm×800mm。锚索采用长度 8000mm直径17.8mm的预应力钢绞线，桁架采用11号矿工钢加工制作，加工长度2000mm，托板为200mm× 60mm×20mm钢板制作。锚索间排距为 1.6m× 1.6m，锚索张拉预紧力达到200kN。具体支护参数如图4所示。

图4 锚杆支护

3.2 注浆加固设计

为了防止小煤柱被压酥，裂隙扩展与采空区贯通，引起采空区浮煤自燃或采空区积水渗漏及瓦斯涌出，特对小煤柱进行注浆加固。

(1)注浆参数 小煤柱中注浆孔布置为“三花”，煤柱宽度为6m段注浆孔间距控制在2.0m左右，注浆孔深度确定在3.0m左右;煤柱宽度为10m段注浆孔间距控制在2.5m左右，注浆孔深度确定在5.0m左右。注浆孔孔径为42mm。如图5和图6所示。

图5 煤柱宽度为6m段注浆孔布置

图6 煤柱宽度为10m段注浆孔布置

(2)注浆材料 选用化学加固材料 (天地加固－101)，其具有黏度低、渗透性强;阻燃、抗静电;粘结性好、强度高等特点。

(3)工艺参数 注浆压力控制在5MPa左右;布孔间距和注浆压力是浆液扩散半径的主要因素。根据施工经验，高分子化学浆液在普通裂隙开度和孔隙率下的扩散半径为1.0～2.5m;注浆顺序根据地质条件、现场环境及注浆目的来确定。先低后高，先两帮后顶板，裂隙比较发育地段，采用间隔跳孔注浆方式，注浆工艺如图7。

图7 注浆工艺

4 支护效果分析

通过采用高预应力锚杆支护技术和注浆加固技术对12203工作面小煤柱措施巷进行支护后，效果非常显著。从图8和图9对比可以看出，受12203工作面采动影响后，巷道变形量和顶板离层量都有明显增加，6m煤柱和10m煤柱措施巷顶底板移近量均为200mm左右，6m煤柱措施巷两帮移近量最大为190mm左右，10m煤柱措施巷两帮移近量最大为70mm。

图8 措施巷表面位移监测曲线 (6m煤柱段)

图9 措施巷表面位移监测曲线 (10m煤柱段)

从图10和图11对比看出，顶板浅部离层比深部离层要大，变化趋势基本相同，说明注浆取得了一定的效果，减少了围岩顶板离层量。在工作面经过测站的时候，巷道的离层值有较大的变化，随着工作面的推进，离层值逐渐趋于稳定。留设10m煤柱的巷道离层量明显大于留设6m煤柱的巷道。

图10 措施巷顶板离层监测曲线 (6m煤柱段)

图11 措施巷顶板离层监测曲线 (10m煤柱)

5 结束语

通过在枣泉煤矿12203工作面采用高预应力锚杆支护和注浆加固相结合的综合支护技术进行小煤柱护巷试验，在回采期间巷道变形得到了有效控制，巷道围岩整体稳定性好，且大大提高了煤炭资源采出率，取得了良好的试验效果。说明小煤柱护巷在枣泉煤矿是可行的，为枣泉煤矿巷道布置和支护技术提供了新思路、新方法。

［1］康红普，姜铁明，高富强.预应力在锚杆支护中的作用［J］.煤炭学报，2007，32(7):673－678.

［2］张力生，汪占领，陈治中，等.浅埋深高应力煤巷锚杆支护技术研究［J］.煤矿开采，2011，16(2):63－65.

［3］康红普，王金华.煤巷锚杆支护理论与成套技术［M］.北京:煤炭工业出版社，2007.

［4］陈治中，汪占领，王文新.枣泉煤矿地应力测试及其分布特征分析［J］.煤矿开采，2011，16(5):81－82.

［5］刘 柏，鄢 利，汪占领，等.马丽散注浆堵漏技术在沿空掘进巷道中的应用［J］.煤矿开采，2011，16(5):52－53.

［6］马万祥，陈治中，汪占领.煤岩强度原位快速测试技术与应用［J］.煤炭科学技术，2012，40(2):22－24.

［责任编辑:王兴库］

Study on the Bolting Techniques of Roadways Adjacent to Narrow Pillars in Shallow Coal Seams

Wang wen-xin1，Wang zhan-ling2

(1.Zaoquan Coal Mine，Shenhua Ningxia Coal Industry Group，Lingwu 751409，China; 2.Coal Mining and Designing Department，Tiandi Science＆Technology Co.，Ltd.，Beijing 100013，China)

With the width of coal pillars set at 6m and 10m，a roadway in Panel 12203 in Zaoquan Coal Mine was selected as an example.This paper introduced the geological and operational conditions of the roadway in Panel 12203，and analyzed the bolting techniques of roadways adjacent to narrow pillars.The paper proposed a support scheme combining the high pre－tension bolting system with grouting techniques.The results of field tests showed good performance，and the deformation was effectively controlled.The study will provide a scientific base for similar practices.

shallow buried;narrow coal pillar;bolting support;grouting

TD353

A

1006-6225(2012)04-0070-03

2012－02－28

国家国际科技合作项目 (2010DFB73070);天地科技“公司研发项目”(KJ－JJ－2011－KCSJ－05)

王文新 (1974－)，男，宁夏中卫人，工程师，神华宁夏煤业集团公司枣泉煤矿总工程师，长期从事煤炭科技管理及研究工作。