小屯煤矿三软沿空巷道锚注支护试验研究

周炜光 史节涛 孙尚尚

（1.大方煤业有限公司，贵州 毕节 551600；2.山东安科矿山支护技术有限公司，山东 济南 250000）

煤炭资源开采过程中，为了提高煤炭资源回采率与减小多煤层开采应力集中，留小煤柱沿空掘巷应用越来越多。沿空掘巷煤柱宽度一般为5～8m，可以防止老空区积水、有害气体窜入巷道内，由于沿空煤柱宽度较小，软岩沿空巷道围岩体受临近工作面回采动压影响，一直是矿山巷道支护的难题。小屯煤矿6中煤顶板、低板岩层为贵州地区典型软岩，原树脂端锚支护沿空巷道两帮移近量和底鼓量将近1000mm，严重影响矿井安全生产。为解决三软沿空巷道难支护问题，小屯煤矿采用锚注支护试验，支护效果达到矿井生产技术要求。

1 工程概况

1.1 巷道概况

小屯煤矿为贵州省大方矿区总体规划中的三对大型矿井之一，设计生产能力120万t/a。16中12轨道顺槽位于一采区北翼，设计长度830m，巷道服务于16中12采煤工作面的支架安装、通风、回采。6中煤层底板平均为+1440m；地面平均标高为+1820m，平均埋深为380m。煤层直接顶、老顶为平均厚度2.2m的泥质粉砂岩，底板为平均厚度为1.26m的泥岩，老底为平均厚度为2.44m的泥质粉砂岩，顶底板岩性均较松软，遇水膨胀软化，见柱状图1。

1.2 围岩力学条件

16中12工作面顶、底板主要岩性力学性能测试结果见下表1。

表1 16中12工作面顶、底板岩性力学性能测试结果表

图1 16中12工作面岩层综合柱状图

从围岩力学性能分析：

（1）6中煤的顶板单向抗压强度为19.1MPa，6中煤的底板单向抗压强度为15.65MPa，抗拉强度更低为1.82～2.64 MPa，可见围岩的强度非常低，易发生塑性流变。

（2）顶、底板岩层中含有大量的蒙脱石、伊利石和高岭石矿物成分，黏土矿物含量为50%，所以顶、底板岩性质薄弱，吸水膨胀能力很强，易发生蠕变、泥化变形。

（3）巷道围岩本身松软，又受上采面采动压力影响，围岩体强度更低，端锚或加长锚的支护方式在松软的煤层中的可锚性大幅降低。

2 原树脂端锚支护

原支护采用树脂端锚支护，顶部锚杆Φ20×2200mm，间排距为850×800mm，锚索规格Φ17.8×7000mm，三花施工，锚索排距为1600mm。帮部使用等强全螺纹锚杆Φ20×2000mm，间排距为850×800mm。

巷道在掘进期间两帮局部变形最大达到1500mm，底臌量达到1600mm；回采期间轨顺两帮移近量平均达到2000mm，煤柱侧1500mm，采帮侧500mm；掘进期间和回采期间平均卧底量达到3000mm，已卧至6下煤层，严重影响矿井安全高效生产。

3 锚注支护

3.1 锚注支护方案

巷道顶板采用Φ22×2400mm高强左旋无纵筋锚杆，每排6根，间排距为800×800mm，肩窝锚杆与水平成75°夹角，顶板施工Φ21.6×9000mm树脂锚索(保证锚索进入B1灰岩不少于1000mm)，按“2-1-2”三花型布置。顶板同时安装 “W”型钢带及菱形网。

两帮采用 MZGK200-42/25ZH Φ25×3400mm锚注锚杆，每排10根（煤柱帮5根，高帮5根），排距为800mm，靠近顶板锚杆与水平成15°角斜入顶板，底角锚杆与煤部成30～45°角斜入底板。两帮施工Φ22中空注浆锚索，煤柱帮锚索长度4300mm，实体煤帮锚索长度7300mm，帮锚索与底板距离1000mm，间排距1550×800mm，成“2-1-2”三花型布置。同时两帮辅以钢梁及菱形网，具体支护参数见图2、图3。

图2 沿空掘巷支护图（mm）

图3 平面布置图（mm）

3.2 支护效果分析

沿空巷道试验段布置3个观测断面测点，每个观测断面相距20m。试验观测值如下表2。

表2 巷道表面观测值

试验段1个月两帮平均位移量50mm，2个月两帮位移量160mm；试验段1个月顶板下沉和底臌量平均170mm；2个月顶板下沉和底臌量平均300mm。原支护观测顶板下沉与底鼓量800mm，两帮位移量将近1000mm，并且多次卧底。锚注支护与原树脂端锚支护相比较，两帮位移量降低80%，底臌量降低60%，支护效果达到矿井生产技术要求。

3.3 锚注支护优势

（1）通过布置在沿空巷道两帮锚注锚杆、注浆锚索，达到加固两帮、控制底臌的目的，提高巷道围岩体的稳定性和支撑顶板的能力；

（2）注浆对原生裂隙封闭堵水和对破碎区围岩体充填加固，减小水对围岩体软化破坏；

（3）W钢带、大托盘增加护表刚性，减小围岩风化破坏；

（4）锚注支护掘进、注浆平行施工，施工效率高。

4 结论

（1）锚注支护与原树脂端锚支护相比较，两帮位移量降低80%，底臌量降低60%，支护效果达到矿井生产技术要求。

（2）基于锚注支护理念，针对地质软岩沿空巷道特定结构形式，采用锚注锚杆、锚索支护两帮，提高两帮围岩强度和整体性，可以解决沿空巷道支护难题。

（3）对于软岩，岩层受力发生蠕变，在巷帮底角施工下扎注浆锚杆控制底臌，可以有效控制底鼓量。