沿空掘巷窄煤柱穩(wěn)定性控制技術(shù)

王曉琿

（山西新景煤業(yè)有限責(zé)任公司 ，山西 陽(yáng)泉 045000）

1 概 況

某礦穩(wěn)定可采煤層只有山西組的3#煤，3#煤厚度大而且穩(wěn)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(zhì)泥巖，其次為泥巖，一般厚度為1.30～16.0m，老頂以中-細(xì)粒砂巖為主，以及細(xì)粉砂巖及粉-細(xì)砂巖互層，厚7～15 m，裂隙較為發(fā)育。

6302軌道順槽，沿6301工作面采空區(qū)布置，中間留設(shè)3m的煤柱，靠工作面外側(cè)布置移動(dòng)電站。6302軌道順槽設(shè)計(jì)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(wěn)定的條件下進(jìn)行沿空掘巷，故其窄煤柱側(cè)的穩(wěn)定是6302軌道順槽沿空掘巷[1]成功的關(guān)鍵。該礦對(duì)6302軌道順槽窄煤柱穩(wěn)定性控制技術(shù)應(yīng)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(hù)改進(jìn)方法

根據(jù)前人理論分析以及在實(shí)驗(yàn)室中所做試驗(yàn)得知煤柱在拉剪階段將會(huì)出現(xiàn)“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(qiáng)度，足夠維持自身的穩(wěn)定，在錨桿角度設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行角度調(diào)整。

1）上下部錨桿改進(jìn)方式。對(duì)于上部錨桿，其仰角α應(yīng)為其破壞角的余角，即α=90°－β。范圍為25°～29°，為統(tǒng)一設(shè)計(jì)，方便施工，設(shè)置仰角為30°。對(duì)于下部錨桿，其俯角δ應(yīng)為其破壞角的余角，即δ=90°－β范圍為25°～29°，設(shè)置仰角為30°。

2）中部錨桿改進(jìn)方式?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)表明，某煤礦6302工作面窄煤柱存在三個(gè)區(qū)域，如圖1所示，中間部分為穩(wěn)定區(qū)域，因此在設(shè)計(jì)錨桿長(zhǎng)度時(shí)，只需將錨固點(diǎn)設(shè)置在穩(wěn)定區(qū)域即可，因此改進(jìn)長(zhǎng)度為2000mm，樹(shù)脂藥卷錨固位置為穩(wěn)定區(qū)域，即沿空巷道為0起點(diǎn)，至采空區(qū)為正向120～220mm處。

3 沿空巷道圍巖控制設(shè)計(jì)

3.1 基本支護(hù)

頂板錨桿：采用桿體型號(hào)為MSGLW—500規(guī)格為MLⅣ22/2400 Q/YZK 031型錨桿進(jìn)行錨固；間排距初步定為800mm×900 mm；錨固方式為全長(zhǎng)錨固，采用4卷MSCK25/60 Q/YZK033樹(shù)脂錨固劑。

幫錨桿：采用桿體型號(hào)為MSGLW—500規(guī)格為MLⅣ20/2000 Q/YZK 031型錨桿進(jìn)行錨固；間排距初步定為800 mm×900 mm；沿空側(cè)幫每根錨桿使用用3卷MS CK 25/50 Q/YZK 033樹(shù)脂錨固劑，全長(zhǎng)錨固；非沿空側(cè)幫每根錨桿使用用3卷MS CK 25/60 Q/YZK033樹(shù)脂錨固劑，加長(zhǎng)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(qiáng)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(zhì)采用Φ16 mm的光圓鋼筋加工。

金屬網(wǎng)：采用 LW40/3-SZ-1×7.5（3）Q/YZK 037菱形網(wǎng)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(hù)參數(shù)示意圖

圖3 沿空巷道頂板支護(hù)參數(shù)示意圖

錨索：頂部采用桿體型號(hào)為SKP22-1/1700規(guī)格為SK22/5-1700 Q/YZK 078錨索，幫部采用桿體型號(hào)為SKP22-1/1700規(guī)格為 SK22/5（3.5）-1700 Q/YZK 078錨索，頂部5m長(zhǎng)錨索錨固端采用2卷型號(hào)為MS CK 25/60 Q/YZK 033樹(shù)脂錨固劑進(jìn)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(zhǎng)錨索錨固端采用1卷型號(hào)為MS CK 25/60 Q/YZK 033樹(shù)脂錨固劑進(jìn)行錨固。

沿空巷道具體支護(hù)參數(shù)如圖2～圖5所示。

圖4 沿空巷道兩幫支護(hù)參數(shù)示意圖

3.2 加強(qiáng)支護(hù)

受近距離采空區(qū)的影響，上區(qū)段工作面采空區(qū)未充分垮落、壓實(shí)，覆巖活動(dòng)仍未穩(wěn)定，煤柱周圍應(yīng)力集中仍可能存在，同時(shí)考慮到受本工作面回采活動(dòng)的二次采動(dòng)影響，為避免沿空掘巷窄煤柱破壞及巷道變形嚴(yán)重，掘進(jìn)期間若出現(xiàn)巷道圍巖變形量過(guò)大，冒頂及沿空側(cè)片幫明顯時(shí)，可采用錨索注漿方法對(duì)沿空掘巷煤柱進(jìn)行加固，起到“長(zhǎng)注”支護(hù)作用，具體方案如下：

注漿錨索[3]采用兗礦集團(tuán)應(yīng)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(qiáng)度1860MPa，破斷載荷不低于250kN。錨索長(zhǎng)2500mm，錨深2200mm，每隔2排錨桿打一排錨索，巷道沿空側(cè)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(shè)備及注漿材料

設(shè)備：風(fēng)動(dòng)注漿泵，附攪拌機(jī)、管路、注漿管、連接配件、排氣管、水桶（檢驗(yàn)孔內(nèi)是否注滿漿液）、封孔材料（面紗和快硬水泥，或者其它化學(xué)封孔材料及專用封孔器等）等；

材料：雙股籠形注漿錨索；樹(shù)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(fēng)動(dòng)鉆機(jī)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(shí)要注意不要纏的過(guò)緊，以免壓迫排氣管，導(dǎo)致氣流不暢。排氣管的長(zhǎng)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(jìn)入錨索孔一段距離，通常這個(gè)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(yù)先施工好的鉆孔中，安放過(guò)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(xì)棉紗進(jìn)行封堵，之后再注入速凝的水泥漿液來(lái)進(jìn)一步密封鉆孔，封孔的長(zhǎng)度一般大于250mm，防止?jié){液的漏出。

4）注漿：①按一定比例往攪拌桶內(nèi)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(dòng)攪拌機(jī)和注漿泵，往錨索孔內(nèi)注漿。錨索孔內(nèi)注滿漿液的標(biāo)志為沒(méi)有氣泡從排氣管中冒出，此時(shí)關(guān)閉注漿泵和攪拌機(jī)，卸掉連接套。③注漿時(shí)，為保證施工質(zhì)量應(yīng)一次性注滿鉆孔，為避免注漿管路發(fā)生堵塞，注漿過(guò)程中應(yīng)盡量縮短停滯時(shí)間，一般不超過(guò)1min，同時(shí)要注意注漿泵上的壓力表，防止發(fā)生堵塞使注漿管爆裂。④注漿結(jié)束后，應(yīng)對(duì)攪拌機(jī)和注漿泵進(jìn)行清洗，一般往桶內(nèi)倒入一定量的混有潤(rùn)滑油的清水，同時(shí)啟動(dòng)注漿泵使殘留在機(jī)器內(nèi)的漿液排除，防止殘漿堵塞管路，造成機(jī)器的損壞。

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

4 總 結(jié)

以6302工作面的軌道順槽為研究對(duì)象，對(duì)其在不穩(wěn)定覆巖下進(jìn)行沿空掘巷留小煤柱時(shí)，如何保證小煤柱的穩(wěn)定性進(jìn)行了研究，并且針對(duì)具體的情況提出了相應(yīng)的支護(hù)方案。采用該支護(hù)技術(shù)方案后，6302軌道順槽圍巖穩(wěn)定性良好，能夠保證6302工作面的安全回采，同時(shí)取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益?？梢詾橄嗨茥l件的礦井進(jìn)行沿空掘巷時(shí)提供良好的借鑒和示范。