綜放沿空留巷錨注支護的應用研究

孫 富

（山西教場坪集團玉嶺煤業(yè)有限公司，山西 朔州 037299）

引言

煤礦巷道支護是保證煤礦開采安全、高效生產的重要保障，其中錨桿錨固支護和巷道圍巖注漿加固為巷道加固的主要方式。將錨固支護和圍巖注漿加固有機結合起來作為錨注支護，該種支護方式目前主要應用于地下工程的加固和巖土工程的補強加固。從機理上講，錨注支護可應用于綜采工作面沿空留巷的支護，可從根本上解決沿空留巷支護困難、后期維護工作量大的問題；同時，錨注支護本質上的支護成本偏低和工作量低，對于降低作業(yè)人員勞動強度、提高支護效率具有重要意義[1]。

1 15 號煤層工作面概況

本文以煤礦15 號煤層的開采為例，該煤礦的生產能力設計為120 萬t/年；該煤礦包括有五個采區(qū)；工作面煤層的平均厚度為4.2 m，煤層的傾角范圍為6°～14°，煤層平均傾角為8.5°。詳細掌握工作面的地質條件對支護方案的設計是十分有必要的。經探測，可將工作面煤層的頂?shù)装鍡l件統(tǒng)計如表1 所示。

2 沿空留巷支護現(xiàn)狀分析

2.1 工作面支護現(xiàn)狀

該工作面斷面為矩形形狀，目前采用錨桿+錨索的聯(lián)合支護方式進行支護。具體支護參數(shù)如下：

頂板錨桿：左旋無縱筋阻尼螺紋鋼錨桿，直徑為20 mm、長度為2 000 mm，錨桿間距為850 mm，錨桿排距為800 mm，每排布置的錨桿數(shù)量為6 根。

幫部錨桿：左旋無縱筋阻尼螺紋鋼錨桿，直徑為20 mm、長度為1 800 mm，錨桿間距為900 mm，錨桿排距為800 mm。

錨索：錨索直徑為15.24 mm、長度為6 000 mm，錨索間距為1 700 mm，錨索排距為4 000 mm，每排所布置的錨索數(shù)量為2 根。

在上述支護的基礎上，還采用金屬網和托盤等對巷道進行強化支護[2]。

2.2 沿空留巷應力監(jiān)測結果分析

為掌握沿空留巷在當前支護狀態(tài)下的支護效果，對當前的地應力進行實測和監(jiān)測。

2.2.1 地應力實測結果

將地應力實測傳感器按照規(guī)范進行安裝后對頂板的巖層應力條件進行實際測定，測定結果如表2所示。

表2 沿空留巷頂板地應力實測結果

由表2 可知，1 號和3 號測試值的傾角較小，其屬于水平應力，該項應力對沿空留巷尾巷的影響最大。由此可以說明，該沿空留巷的水平應力對其穩(wěn)定性的影響較大。

2.2.2 地應力監(jiān)測結果

通過對沿空留巷的地應力進行監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，距離工作面10 m 以后的位置，沿空留巷工作面的煤柱出現(xiàn)了較為嚴重的變形或者破壞現(xiàn)象，導致其對頂板的承載能力減弱。

總的來說，沿空留巷工作面頂板和兩幫的煤體出現(xiàn)較為嚴重的破壞，雖然巖層的整體性較好，但是其承載能力明顯降低。若不對其進行加固，極易導致出現(xiàn)更為嚴重的巷道變形情況，無法保證其二次復用的需求。因此，需要對沿空留巷進行加固支護。

3 錨注支護在沿空留巷加固中的應用

通過上述分析可知，急需對沿空留巷進行加固支護。從理論上講，為解決當前支護方式不足的問題，需要對該沿空留巷兩幫的塑形變形區(qū)域的煤體強度進行提升，同時可通過支護的錨固范圍從而提升沿空留巷煤體的約束效應；此外，還需對沿空留巷頂板進行強化，避免斜跨梁出現(xiàn)結構失穩(wěn)的現(xiàn)象。

3.1 錨注支護的加固方案設計

鑒于沿空留巷頂板巖層和煤層的整體性偏差，而且在開采動壓的影響下極易出現(xiàn)失穩(wěn)的情況；而且，沿空留巷頂板煤層的厚度大于3 m。綜上，采用傳統(tǒng)的錨桿補強加固方案并不能達到預期的效果。因此，本工程將采用錨注加固的方式對沿空留巷進行加固強化支護。具體支護方案如下：

總體思路：沿空留巷頂板采用中空注漿錨索強化加固，兩幫采用中空注漿錨桿強化加固，具體參數(shù)如下：

兩幫強化支護：采用直徑25 mm、長度3 000 mm的中空注漿錨桿，每排錨桿數(shù)量為3 根，對應錨桿間距為1 000 mm、排距為800 mm，錨桿下端下扎10°。

頂板強化支護：采用直徑22 mm、長度8 000 mm的中空注漿錨索，每排錨索數(shù)量為3 根，錨索間距為1 600 mm、排距為800 mm，錨索向巷道外扎10°。

為其配套的注漿材料為硅酸鹽水泥和添加劑，二者的比例為3∶1；注漿泵的注漿壓力不小于7 MPa。在實際施工中對相對兩幫錨桿進行注漿操作后，對頂板的錨索進行注漿操作。錨柱支護效果如圖1 所示。

圖1 沿空留巷錨注強化加固效果（單位：mm）

3.2 錨柱支護加固方案效果評估

按照上述錨注支護強化方案按照相關規(guī)定標準對沿空留巷進行實施后，對沿空留巷頂?shù)装逑锏赖闹行木€位置和兩幫腰線的位置設置監(jiān)測點，重點對沿空留巷的表面變形量進行監(jiān)測，進而對錨注加固的效果進行評估。對錨注強化支護后巷道變形的數(shù)據進行統(tǒng)計，得出錨注支護應用前后的效果如表3 所示。

表3 錨注支護應用效果對比

由表3 可知，錨注支護應用于工作面的沿空留巷后，實體煤幫部、底板、小煤柱幫部以及頂板四個位置的變形量均得到有效控制，而且控制效果非常好。

4 結語

巷道支護是保證煤礦安全、高效生產的重要保障。在實際生產中，雖然在前期已經采取了有效的支護措施；但是，隨著工作面的推進受煤礦開采動壓的影響，巷道的圍巖狀態(tài)會受到進一步破壞，從而影響生產的安全性和效率。為此，需結合實時煤礦的地應力實測和監(jiān)測結果對巷道進行強化支護。本文根據沿空留巷的支護現(xiàn)狀采用錨注方式對巷道進行補強加固，經實踐表明：錨注支護應用于工作面的沿空留巷后，實體煤幫部、底板、小煤柱幫部以及頂板四個位置的變形量均得到有效控制，而且控制效果非常好。