王文新，汪占領(lǐng)

(1.神華寧夏煤業(yè)集團公司棗泉煤礦，寧夏靈武751409;2.天地科技股份有限公司開采設(shè)計事業(yè)部，北京100013)

淺埋深小煤柱巷道錨桿支護技術(shù)研究

王文新1，汪占領(lǐng)2

(1.神華寧夏煤業(yè)集團公司棗泉煤礦，寧夏靈武751409;2.天地科技股份有限公司開采設(shè)計事業(yè)部，北京100013)

以棗泉煤礦12203工作面措施巷留6m和10m小煤柱巷道為實例，介紹了12203工作面措施巷的地質(zhì)與生產(chǎn)條件，對小煤柱巷道支護技術(shù)進行了簡單分析，提出了高預(yù)應(yīng)力錨桿支護配合注漿加固的綜合支護方案，試驗效果顯著，巷道變形得到有效控制，為類似條件下小煤柱巷道支護和加固提供了科學(xué)依據(jù)。

淺埋深;小煤柱;錨桿支護;注漿加固

目前，神華寧夏煤業(yè)集團有限責(zé)任公司有15對生產(chǎn)礦井，多數(shù)仍采用大煤柱護巷方式 (一般大于20m)。其目的一是為了巷道本身的圍巖穩(wěn)定;二是為了防止窄煤柱變形或破壞后會與相鄰采空區(qū)溝通，形成更大的安全隱患。但從實際效果來看，大煤柱護巷并沒有從根本上改善巷道維護的狀況，反而影響了礦井的采出率。

棗泉煤礦是神華寧煤集團在寧東礦區(qū)新建的特大型礦井，煤柱尺寸為20～40m，造成了大量煤炭損失。為此沿12203綜采工作面回風(fēng)巷側(cè)迎采動開挖1條12203工作面小煤柱措施巷，用來研究適合棗泉礦厚煤層條件下小煤柱巷道合理支護技術(shù)。

1 生產(chǎn)地質(zhì)條件

12203工作面位于棗泉煤礦工業(yè)廣場西南。工作面東西橫穿碎石井背斜軸中段，軸部兩翼對稱。工作面寬 223.8m，工作面長平均為 709.5m。12203工作面小煤柱措施巷與11203工作面回風(fēng)巷間凈煤柱寬6m和10m，巷道沿煤層底板掘進，巷道埋深為60～140m。工作面布置如圖1所示。

圖1 12203工作面平面布置

煤層厚度在 3.3～8.7m之間，平均煤厚6.67m。二煤層頂板泥巖平均厚度為4.47m左右。二煤層底板為11.29m厚的粉砂巖;再下部為細紗巖。二煤平均單軸抗壓強度為20.23MPa，粉砂巖的平均抗壓強度為42.55MPa，細砂巖的平均抗壓強度為55MPa。

2 數(shù)值模擬分析

為考慮不同煤柱寬度對小煤柱措施巷變形的影響程度，采用UDEC數(shù)值模擬軟件對小煤柱寬度分別為3m，5m，6m，10m，20m和6m煤柱注漿加固6個方案進行模擬。模擬結(jié)果如圖2和圖3。

從圖2可以看出，當(dāng)煤柱寬度為3m和10m時，頂板下沉量比較大;其次為煤柱寬度為5m時。煤柱寬度為20m，6m時，巷道頂板下沉量較小;當(dāng)對6m煤柱進行注漿加固時，巷道頂板下沉量最小。

圖2 不同煤柱寬度巷道頂板下沉量

圖3 不同煤柱寬度巷道采空區(qū)側(cè)幫位移

從圖3可以看出，當(dāng)煤柱寬度為3m，5m和10m時，采空區(qū)側(cè)巷幫位移比較大;其次為煤柱寬度為6m時;當(dāng)煤柱寬度為20m和對6m煤柱進行注漿加固后，采空區(qū)側(cè)巷幫位移量較小。

綜上所述，當(dāng)煤柱寬度為20m時，巷道的頂?shù)装逦灰屏亢蛢蓭鸵平慷急容^小。煤柱寬度在10m左右時，巷道的頂?shù)装逦灰屏亢蛢蓭鸵平慷急容^大。煤柱寬度為3m的巷道變形量和煤柱的穩(wěn)定性均較差;煤柱寬度在5m，6m時的巷道變形量較小，對6m煤柱進行注漿加固后，巷道的頂?shù)装逦灰屏亢蛢蓭鸵平慷紲p小了，甚至優(yōu)于20m煤柱的巷道。

3 錨桿錨索支護與注漿加固綜合支護設(shè)計

3.1 錨桿錨索支護設(shè)計

根據(jù)數(shù)值分析結(jié)果及錨桿支護新理念，12203工作面小煤柱措施巷采用錨網(wǎng)+鋼帶+錨索的方式進行支護。錨桿采用22－M24－2400BHRB400號左旋無縱筋高強度螺紋鋼錨桿，樹脂加長錨固，錨桿預(yù)緊扭矩達到400N·m以上。頂板采用W鋼帶作為組合構(gòu)件，規(guī)格為W280×3×4500－800－6，兩幫采用W型鋼護板做為組合支護構(gòu)件，寬度280mm、長度 450mm、厚 5mm。錨桿間排距800mm×800mm。錨索采用長度 8000mm直徑17.8mm的預(yù)應(yīng)力鋼絞線，桁架采用11號礦工鋼加工制作，加工長度2000mm，托板為200mm× 60mm×20mm鋼板制作。錨索間排距為 1.6m× 1.6m，錨索張拉預(yù)緊力達到200kN。具體支護參數(shù)如圖4所示。

圖4 錨桿支護

3.2 注漿加固設(shè)計

為了防止小煤柱被壓酥，裂隙擴展與采空區(qū)貫通，引起采空區(qū)浮煤自燃或采空區(qū)積水滲漏及瓦斯涌出，特對小煤柱進行注漿加固。

(1)注漿參數(shù) 小煤柱中注漿孔布置為“三花”，煤柱寬度為6m段注漿孔間距控制在2.0m左右，注漿孔深度確定在3.0m左右;煤柱寬度為10m段注漿孔間距控制在2.5m左右，注漿孔深度確定在5.0m左右。注漿孔孔徑為42mm。如圖5和圖6所示。

圖5 煤柱寬度為6m段注漿孔布置

圖6 煤柱寬度為10m段注漿孔布置

(2)注漿材料 選用化學(xué)加固材料 (天地加固－101)，其具有黏度低、滲透性強;阻燃、抗靜電;粘結(jié)性好、強度高等特點。

(3)工藝參數(shù) 注漿壓力控制在5MPa左右;布孔間距和注漿壓力是漿液擴散半徑的主要因素。根據(jù)施工經(jīng)驗，高分子化學(xué)漿液在普通裂隙開度和孔隙率下的擴散半徑為1.0～2.5m;注漿順序根據(jù)地質(zhì)條件、現(xiàn)場環(huán)境及注漿目的來確定。先低后高，先兩幫后頂板，裂隙比較發(fā)育地段，采用間隔跳孔注漿方式，注漿工藝如圖7。

圖7 注漿工藝

4 支護效果分析

通過采用高預(yù)應(yīng)力錨桿支護技術(shù)和注漿加固技術(shù)對12203工作面小煤柱措施巷進行支護后，效果非常顯著。從圖8和圖9對比可以看出，受12203工作面采動影響后，巷道變形量和頂板離層量都有明顯增加，6m煤柱和10m煤柱措施巷頂?shù)装逡平烤鶠?00mm左右，6m煤柱措施巷兩幫移近量最大為190mm左右，10m煤柱措施巷兩幫移近量最大為70mm。

圖8 措施巷表面位移監(jiān)測曲線 (6m煤柱段)

圖9 措施巷表面位移監(jiān)測曲線 (10m煤柱段)

從圖10和圖11對比看出，頂板淺部離層比深部離層要大，變化趨勢基本相同，說明注漿取得了一定的效果，減少了圍巖頂板離層量。在工作面經(jīng)過測站的時候，巷道的離層值有較大的變化，隨著工作面的推進，離層值逐漸趨于穩(wěn)定。留設(shè)10m煤柱的巷道離層量明顯大于留設(shè)6m煤柱的巷道。

圖10 措施巷頂板離層監(jiān)測曲線 (6m煤柱段)

圖11 措施巷頂板離層監(jiān)測曲線 (10m煤柱)

5 結(jié)束語

通過在棗泉煤礦12203工作面采用高預(yù)應(yīng)力錨桿支護和注漿加固相結(jié)合的綜合支護技術(shù)進行小煤柱護巷試驗，在回采期間巷道變形得到了有效控制，巷道圍巖整體穩(wěn)定性好，且大大提高了煤炭資源采出率，取得了良好的試驗效果。說明小煤柱護巷在棗泉煤礦是可行的，為棗泉煤礦巷道布置和支護技術(shù)提供了新思路、新方法。

［1］康紅普，姜鐵明，高富強.預(yù)應(yīng)力在錨桿支護中的作用［J］.煤炭學(xué)報，2007，32(7):673－678.

［2］張力生，汪占領(lǐng)，陳治中，等.淺埋深高應(yīng)力煤巷錨桿支護技術(shù)研究［J］.煤礦開采，2011，16(2):63－65.

［3］康紅普，王金華.煤巷錨桿支護理論與成套技術(shù)［M］.北京:煤炭工業(yè)出版社，2007.

［4］陳治中，汪占領(lǐng)，王文新.棗泉煤礦地應(yīng)力測試及其分布特征分析［J］.煤礦開采，2011，16(5):81－82.

［5］劉 柏，鄢 利，汪占領(lǐng)，等.馬麗散注漿堵漏技術(shù)在沿空掘進巷道中的應(yīng)用［J］.煤礦開采，2011，16(5):52－53.

［6］馬萬祥，陳治中，汪占領(lǐng).煤巖強度原位快速測試技術(shù)與應(yīng)用［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，2012，40(2):22－24.

［責(zé)任編輯:王興庫］

Study on the Bolting Techniques of Roadways Adjacent to Narrow Pillars in Shallow Coal Seams

Wang wen-xin1，Wang zhan-ling2

(1.Zaoquan Coal Mine，Shenhua Ningxia Coal Industry Group，Lingwu 751409，China; 2.Coal Mining and Designing Department，Tiandi Science＆Technology Co.，Ltd.，Beijing 100013，China)

With the width of coal pillars set at 6m and 10m，a roadway in Panel 12203 in Zaoquan Coal Mine was selected as an example.This paper introduced the geological and operational conditions of the roadway in Panel 12203，and analyzed the bolting techniques of roadways adjacent to narrow pillars.The paper proposed a support scheme combining the high pre－tension bolting system with grouting techniques.The results of field tests showed good performance，and the deformation was effectively controlled.The study will provide a scientific base for similar practices.

shallow buried;narrow coal pillar;bolting support;grouting

TD353

A

1006-6225(2012)04-0070-03

2012－02－28

國家國際科技合作項目 (2010DFB73070);天地科技“公司研發(fā)項目”(KJ－JJ－2011－KCSJ－05)

王文新 (1974－)，男，寧夏中衛(wèi)人，工程師，神華寧夏煤業(yè)集團公司棗泉煤礦總工程師，長期從事煤炭科技管理及研究工作。