沿空掘巷窄煤柱稳定性控制技术

王晓珲

（山西新景煤业有限责任公司 ，山西 阳泉 045000）

1 概 况

某矿稳定可采煤层只有山西组的3#煤，3#煤厚度大而且稳定，厚度7.60～11.83 m，平均厚度8.76m，煤层倾角平均6°。直接顶板主要为粉砂岩或砂质泥岩，其次为泥岩，一般厚度为1.30～16.0m，老顶以中-细粒砂岩为主，以及细粉砂岩及粉-细砂岩互层，厚7～15 m，裂隙较为发育。

6302轨道顺槽，沿6301工作面采空区布置，中间留设3m的煤柱，靠工作面外侧布置移动电站。6302轨道顺槽设计断面为断面为梯形，上宽4400mm，下宽5000mm，高3200 mm。由于6302轨道顺槽要在上覆岩层还未充分稳定的条件下进行沿空掘巷，故其窄煤柱侧的稳定是6302轨道顺槽沿空掘巷[1]成功的关键。该矿对6302轨道顺槽窄煤柱稳定性控制技术应用取得成功，希望可以为相似条件的矿井提供借鉴。

2 窄煤柱锚杆支护改进方法

根据前人理论分析以及在实验室中所做试验得知煤柱在拉剪阶段将会出现“X”形破坏，破坏角度在61°～65°之间。为保障煤柱变形破坏后仍具有一定的强度，足够维持自身的稳定，在锚杆角度设计时应结合实验结果进行角度调整。

1）上下部锚杆改进方式。对于上部锚杆，其仰角α应为其破坏角的余角，即α=90°－β。范围为25°～29°，为统一设计，方便施工，设置仰角为30°。对于下部锚杆，其俯角δ应为其破坏角的余角，即δ=90°－β范围为25°～29°，设置仰角为30°。

2）中部锚杆改进方式。现场实测表明，某煤矿6302工作面窄煤柱存在三个区域，如图1所示，中间部分为稳定区域，因此在设计锚杆长度时，只需将锚固点设置在稳定区域即可，因此改进长度为2000mm，树脂药卷锚固位置为稳定区域，即沿空巷道为0起点，至采空区为正向120～220mm处。

3 沿空巷道围岩控制设计

3.1 基本支护

顶板锚杆：采用杆体型号为MSGLW—500规格为MLⅣ22/2400 Q/YZK 031型锚杆进行锚固；间排距初步定为800mm×900 mm；锚固方式为全长锚固，采用4卷MSCK25/60 Q/YZK033树脂锚固剂。

帮锚杆：采用杆体型号为MSGLW—500规格为MLⅣ20/2000 Q/YZK 031型锚杆进行锚固；间排距初步定为800 mm×900 mm；沿空侧帮每根锚杆使用用3卷MS CK 25/50 Q/YZK 033树脂锚固剂，全长锚固；非沿空侧帮每根锚杆使用用3卷MS CK 25/60 Q/YZK033树脂锚固剂，加长锚固。

钢带：顶部布置GDⅡT 140/20 Q/YZK 034钢带，钢带垂直中心线，为增加锚杆孔处的强度，锚杆另加托盘。

钢筋梯子：帮部布置GT 8/3300 Q/YZK 035钢筋梯或GT16/2600 Q/YZK035圆钢钢筋梯，加工材质采用Φ16 mm的光圆钢筋加工。

金属网：采用 LW40/3-SZ-1×7.5（3）Q/YZK 037菱形网顶部满背，两帮铺至帮部最下一根锚杆。

图2 沿空巷道断面支护参数示意图

图3 沿空巷道顶板支护参数示意图

锚索：顶部采用杆体型号为SKP22-1/1700规格为SK22/5-1700 Q/YZK 078锚索，帮部采用杆体型号为SKP22-1/1700规格为 SK22/5（3.5）-1700 Q/YZK 078锚索，顶部5m长锚索锚固端采用2卷型号为MS CK 25/60 Q/YZK 033树脂锚固剂进行锚固，考虑到沿空掘巷窄煤柱[2]宽度及煤柱破碎状况，帮部3.5m长锚索锚固端采用1卷型号为MS CK 25/60 Q/YZK 033树脂锚固剂进行锚固。

沿空巷道具体支护参数如图2～图5所示。

图4 沿空巷道两帮支护参数示意图

3.2 加强支护

受近距离采空区的影响，上区段工作面采空区未充分垮落、压实，覆岩活动仍未稳定，煤柱周围应力集中仍可能存在，同时考虑到受本工作面回采活动的二次采动影响，为避免沿空掘巷窄煤柱破坏及巷道变形严重，掘进期间若出现巷道围岩变形量过大，冒顶及沿空侧片帮明显时，可采用锚索注浆方法对沿空掘巷煤柱进行加固，起到“长注”支护作用，具体方案如下：

注浆锚索[3]采用兖矿集团应用较为成熟的双股笼形注浆锚索，单股锚索钢绞线公称直径Φ15.24mm，强度1860MPa，破断载荷不低于250kN。锚索长2500mm，锚深2200mm，每隔2排锚杆打一排锚索，巷道沿空侧顶角及底角处各采用1根注浆锚索代替原有普通锚杆（索），上部孔仰角10°，下部孔俯角8°左右。注浆锚索布置如图5所示。

3.2.1 施工设备及注浆材料

设备：风动注浆泵，附搅拌机、管路、注浆管、连接配件、排气管、水桶（检验孔内是否注满浆液）、封孔材料（面纱和快硬水泥，或者其它化学封孔材料及专用封孔器等）等；

材料：双股笼形注浆锚索；树脂锚固剂；普通425#硅酸盐水泥（3%左右的速凝剂，如水玻璃；水灰比 0.5～0.8：1）。

3.2.2 施工工艺

工艺流程主要包括：打眼→安装和固定锚索→固定注浆管及排气管→封孔→注浆→上托盘、紧固锚索，如图6所示。

图5 注浆锚索布置断面图

图6 注浆锚索工艺示意图

1）打眼：手持式风动钻机钻孔，孔径42mm，深2.0m～2.1m。

2）安装和固定锚索：第一步完成排气管的固定，将锚索拉直，在距离锚索顶端25～45mm的地方使用防水胶带将排气管与锚索缠在一起，固定间距为1m，在用胶带固定时要注意不要缠的过紧，以免压迫排气管，导致气流不畅。排气管的长度要超出锚索外露部分2～3m。第二步完成注浆管道的固定，在锚索的外露部分用胶带将直径为20mm的注浆管固定，注浆管一般要进入锚索孔一段距离，通常这个距离控制在0.6～1.1m，注浆管的另一端也要超出锚索孔400mm左右。最后，将上述固定好排气管和注浆管的锚索放入预先施工好的钻孔中，安放过程中要小心操作，防止注浆管和排气管的脱落。

3）封孔：首先在锚索的四周用细棉纱进行封堵，之后再注入速凝的水泥浆液来进一步密封钻孔，封孔的长度一般大于250mm，防止浆液的漏出。

4）注浆：①按一定比例往搅拌桶内加入水泥和水，水玻璃添加量为水泥重量的3%，即每袋水泥(50kg)加水玻璃1.1L，搅拌均匀。检查注浆管与注浆泵是否连接好，把排气管一端放入盛满水的水桶中。②启动搅拌机和注浆泵，往锚索孔内注浆。锚索孔内注满浆液的标志为没有气泡从排气管中冒出，此时关闭注浆泵和搅拌机，卸掉连接套。③注浆时，为保证施工质量应一次性注满钻孔，为避免注浆管路发生堵塞，注浆过程中应尽量缩短停滞时间，一般不超过1min，同时要注意注浆泵上的压力表，防止发生堵塞使注浆管爆裂。④注浆结束后，应对搅拌机和注浆泵进行清洗，一般往桶内倒入一定量的混有润滑油的清水，同时启动注浆泵使残留在机器内的浆液排除，防止残浆堵塞管路，造成机器的损坏。

5）安装锚索托盘，施加预紧力：锚索注浆后，一般需要有一天左右的凝结时间，之后可以安上托盘拧紧螺母。

4 总 结

以6302工作面的轨道顺槽为研究对象，对其在不稳定覆岩下进行沿空掘巷留小煤柱时，如何保证小煤柱的稳定性进行了研究，并且针对具体的情况提出了相应的支护方案。采用该支护技术方案后，6302轨道顺槽围岩稳定性良好，能够保证6302工作面的安全回采，同时取得了良好的经济效益。可以为相似条件的矿井进行沿空掘巷时提供良好的借鉴和示范。