小屯煤礦三軟沿空巷道錨注支護試驗研究

周煒光 史節濤 孫尚尚

（1.大方煤業有限公司，貴州 畢節 551600；2.山東安科礦山支護技術有限公司，山東 濟南 250000）

煤炭資源開采過程中，為了提高煤炭資源回采率與減小多煤層開采應力集中，留小煤柱沿空掘巷應用越來越多。沿空掘巷煤柱寬度一般為5～8m，可以防止老空區積水、有害氣體竄入巷道內，由于沿空煤柱寬度較小，軟巖沿空巷道圍巖體受臨近工作面回采動壓影響，一直是礦山巷道支護的難題。小屯煤礦6中煤頂板、低板巖層為貴州地區典型軟巖，原樹脂端錨支護沿空巷道兩幫移近量和底鼓量將近1000mm，嚴重影響礦井安全生產。為解決三軟沿空巷道難支護問題，小屯煤礦采用錨注支護試驗，支護效果達到礦井生產技術要求。

1 工程概況

1.1 巷道概況

小屯煤礦為貴州省大方礦區總體規劃中的三對大型礦井之一，設計生產能力120萬t/a。16中12軌道順槽位于一采區北翼，設計長度830m，巷道服務于16中12采煤工作面的支架安裝、通風、回采。6中煤層底板平均為+1440m；地面平均標高為+1820m，平均埋深為380m。煤層直接頂、老頂為平均厚度2.2m的泥質粉砂巖，底板為平均厚度為1.26m的泥巖，老底為平均厚度為2.44m的泥質粉砂巖，頂底板巖性均較松軟，遇水膨脹軟化，見柱狀圖1。

1.2 圍巖力學條件

16中12工作面頂、底板主要巖性力學性能測試結果見下表1。

表1 16中12工作面頂、底板巖性力學性能測試結果表

圖1 16中12工作面巖層綜合柱狀圖

從圍巖力學性能分析：

（1）6中煤的頂板單向抗壓強度為19.1MPa，6中煤的底板單向抗壓強度為15.65MPa，抗拉強度更低為1.82～2.64 MPa，可見圍巖的強度非常低，易發生塑性流變。

（2）頂、底板巖層中含有大量的蒙脫石、伊利石和高嶺石礦物成分，黏土礦物含量為50%，所以頂、底板巖性質薄弱，吸水膨脹能力很強，易發生蠕變、泥化變形。

（3）巷道圍巖本身松軟，又受上采面采動壓力影響，圍巖體強度更低，端錨或加長錨的支護方式在松軟的煤層中的可錨性大幅降低。

2 原樹脂端錨支護

原支護采用樹脂端錨支護，頂部錨桿Φ20×2200mm，間排距為850×800mm，錨索規格Φ17.8×7000mm，三花施工，錨索排距為1600mm。幫部使用等強全螺紋錨桿Φ20×2000mm，間排距為850×800mm。

巷道在掘進期間兩幫局部變形最大達到1500mm，底臌量達到1600mm；回采期間軌順兩幫移近量平均達到2000mm，煤柱側1500mm，采幫側500mm；掘進期間和回采期間平均臥底量達到3000mm，已臥至6下煤層，嚴重影響礦井安全高效生產。

3 錨注支護

3.1 錨注支護方案

巷道頂板采用Φ22×2400mm高強左旋無縱筋錨桿，每排6根，間排距為800×800mm，肩窩錨桿與水平成75°夾角，頂板施工Φ21.6×9000mm樹脂錨索(保證錨索進入B1灰巖不少于1000mm)，按“2-1-2”三花型布置。頂板同時安裝 “W”型鋼帶及菱形網。

兩幫采用 MZGK200-42/25ZH Φ25×3400mm錨注錨桿，每排10根（煤柱幫5根，高幫5根），排距為800mm，靠近頂板錨桿與水平成15°角斜入頂板，底角錨桿與煤部成30～45°角斜入底板。兩幫施工Φ22中空注漿錨索，煤柱幫錨索長度4300mm，實體煤幫錨索長度7300mm，幫錨索與底板距離1000mm，間排距1550×800mm，成“2-1-2”三花型布置。同時兩幫輔以鋼梁及菱形網，具體支護參數見圖2、圖3。

圖2 沿空掘巷支護圖（mm）

圖3 平面布置圖（mm）

3.2 支護效果分析

沿空巷道試驗段布置3個觀測斷面測點，每個觀測斷面相距20m。試驗觀測值如下表2。

表2 巷道表面觀測值

試驗段1個月兩幫平均位移量50mm，2個月兩幫位移量160mm；試驗段1個月頂板下沉和底臌量平均170mm；2個月頂板下沉和底臌量平均300mm。原支護觀測頂板下沉與底鼓量800mm，兩幫位移量將近1000mm，并且多次臥底。錨注支護與原樹脂端錨支護相比較，兩幫位移量降低80%，底臌量降低60%，支護效果達到礦井生產技術要求。

3.3 錨注支護優勢

（1）通過布置在沿空巷道兩幫錨注錨桿、注漿錨索，達到加固兩幫、控制底臌的目的，提高巷道圍巖體的穩定性和支撐頂板的能力；

（2）注漿對原生裂隙封閉堵水和對破碎區圍巖體充填加固，減小水對圍巖體軟化破壞；

（3）W鋼帶、大托盤增加護表剛性，減小圍巖風化破壞；

（4）錨注支護掘進、注漿平行施工，施工效率高。

4 結論

（1）錨注支護與原樹脂端錨支護相比較，兩幫位移量降低80%，底臌量降低60%，支護效果達到礦井生產技術要求。

（2）基于錨注支護理念，針對地質軟巖沿空巷道特定結構形式，采用錨注錨桿、錨索支護兩幫，提高兩幫圍巖強度和整體性，可以解決沿空巷道支護難題。

（3）對于軟巖，巖層受力發生蠕變，在巷幫底角施工下扎注漿錨桿控制底臌，可以有效控制底鼓量。