王 華

（山西焦煤霍州煤電集團(tuán)干河煤礦，山西 洪同 041600）

1 工作面概況

干河煤礦2-107工作面北鄰正在回采的2-105工作面，兩工作面之間留有8 m的小煤柱，南為已回采結(jié)束的2-116工作面采空區(qū)，2-107工作面則成為孤島工作面。2-1072巷采用留小煤柱沿空送巷，圍巖控制困難。

2-107工作面走向長375 m，傾向長106 m，開采2#煤層，煤層厚度3.8 m，煤層傾角2°～10°。工作面整體為走向S35°E，傾向NE的單斜構(gòu)造。工作面標(biāo)高為+176～+212 m，蓋山厚度為328～588 m。煤層直接頂為砂質(zhì)泥巖，厚度為6.4 m；老頂為細(xì)粒砂巖，厚度為1.7 m；直接底為砂質(zhì)泥巖，厚度為1.1 m；老底為中粒砂巖，厚度為10.6 m。

工作面絕對瓦斯涌出量為0.5～1.0 m3/min，主要水源為煤層上覆的K8、K9砂巖含水，其含水性較弱，涌水量預(yù)計為5～10 m3/h。

工作面兩巷為矩形斷面，掘?qū)? m，掘高3.8 m，掘進(jìn)斷面19 m2。

圖1 2-107工作面布置

2 孤島小煤柱留設(shè)與圍巖控制

2.1 煤柱留設(shè)理論分析

2-1072巷沿2-105采空區(qū)邊緣掘進(jìn)，存在相向采掘現(xiàn)象。小煤柱護(hù)巷，一般煤柱寬度在3～8 m之間，需要考慮采動應(yīng)力、側(cè)向支承應(yīng)力對巷道支護(hù)的影響。根據(jù)采空側(cè)向支承壓力分布曲線，該范圍掘送巷道圍巖處于較大的支承壓力帶內(nèi)，開掘巷道壓力顯現(xiàn)劇烈，需快速及時支護(hù)，才能避免過快變形和破壞，支護(hù)強度需考慮較大富余系數(shù)，確保巷道變形可控［1-2］。

2.2 煤柱寬度設(shè)計

通過建立FLAC3D數(shù)值模型，確定2-105工作面回采后2-1072巷方向的側(cè)向垂直應(yīng)力分布情況，如圖2、表1所示。

圖2 2-105工作面回采后側(cè)向支承應(yīng)力分布情況

從圖2可以看出，2-1072巷原始垂直應(yīng)力為一條直線，2-105工作面回采后垂直應(yīng)力為一條變化曲線。2-105工作面回采后采動影響區(qū)域達(dá)26 m，距2-105采空區(qū)0～2 m處側(cè)向支承應(yīng)力處于降低區(qū)，2～25 m處側(cè)向支撐應(yīng)力處于升高區(qū)，26 m以外為原巖應(yīng)力區(qū)。

實體煤至采空區(qū)邊緣距離與集中應(yīng)力關(guān)系如表1所示。

表1 2-105采空區(qū)側(cè)向支承應(yīng)力集中系數(shù)

可見，隨著距采空區(qū)距離的增大，采動引起的應(yīng)力集中程度先增后減。煤柱寬度選取按照既要保證護(hù)巷煤柱及回采巷道的穩(wěn)定，也要節(jié)約煤炭資源提高采區(qū)回采率的原則，確定2-1072巷與2-1051巷間凈煤柱寬度為8 m。

3 孤島小煤柱沿空送巷圍巖控制

基于錨索支護(hù)及時、主動的基本原理，結(jié)合地質(zhì)生產(chǎn)條件、已掘巷道現(xiàn)有支護(hù)和礦壓顯現(xiàn)情況和工程實踐經(jīng)驗，提出強力長短錨索組合支護(hù)系統(tǒng)，外加注漿錨索圍巖補強和錨固增錨措施，以達(dá)到有效控制圍巖變形的效果。

3.1 數(shù)值模擬分析

依據(jù)確定的8 m小煤柱尺寸、實際地質(zhì)條件，采用FLAC3D計算方法建立數(shù)值模型，分析掘進(jìn)期間2-1072巷的應(yīng)力分布情況及錨索支護(hù)初始設(shè)計圍巖的變形，如圖3、圖4所示。

圖3 2-1072巷斷面和支護(hù)

圖4 2-1072巷圍巖塑性區(qū)分布特征

（1）巷道表面位移模擬結(jié)果：掘進(jìn)期間巷道頂板最大下沉量54 mm，巷道最大底鼓量59 mm，發(fā)生最大變形位置在巷道頂?shù)装逯胁浚粌蓭鸵平炕鞠嗤?，靠近工作面幫移?8 mm、另一幫移近56 mm，移近量最大處均在兩幫中部。

（2）巷道圍巖塑性區(qū)及錨索受力模擬結(jié)果：巷道破壞范圍較大的位置是兩幫，要采取高預(yù)緊力、強力支護(hù)系統(tǒng)避免幫部破壞加劇。錨索上部處于沒有屈服的巖層中，錨索受力為358 kN，錨索長度及強度選擇較合理。

數(shù)值模擬結(jié)果表明，2-1072巷采用強力長短錨索組合支護(hù)系統(tǒng)，能夠有效控制巷道表面圍巖的變形。

3.2 圍巖控制技術(shù)

（1）圍巖控制注漿錨索機(jī)理

中空注漿錨索是集錨索高強錨固與注漿加固圍巖為一體的新型支護(hù)形式。一方面錨索安裝后能夠及時施加預(yù)緊力，為圍巖提供支護(hù)阻力；另一方面通過注漿實現(xiàn)錨索的全長錨固，漿液能擴(kuò)散固結(jié)破碎、松散巖層，提高圍巖的整體性、強度及自承能力［3］。

（2）圍巖控制支護(hù)

巷道支護(hù)斷面如圖5所示。

圖5 2-1072巷支護(hù)設(shè)計剖面

a、頂板控制

錨桿布置：采用?22 mm×2 500 mm錨桿配合?12 mm圓鋼加工制作錨梁支護(hù)，每排六根布置，間排距800 mm×900 mm。

樹脂錨索布置：采用?21.6 mm×8 200 mm錨索配合W鋼帶支護(hù)。每排三根布置，間排距1 600 mm×1 800 mm。

單體中空注漿錨索布置：采用?21.6 mm×7 300 mm單體錨索支護(hù)。每排二根布置，間排距為2 400 mm×1 800 mm。與樹脂錨索形成三二布置，二者間隔施工。中空注漿錨索結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 中空注漿錨索結(jié)構(gòu)

b、巷幫控制

錨桿布置：采用?22 mm×2 500 mm錨桿配合?12 mm圓鋼加工制作錨梁支護(hù)。每排五根布置，間排距800 mm×900 mm。樹脂錨索布置：采用?21.6 mm×5 300 mm錨索配合W鋼帶支護(hù)。每排二根布置，間排距1 600 mm×2 400 mm。

（3）技術(shù)參數(shù)

錨桿采用一支CKb2340和一支Z2360樹脂錨固劑錨固；樹脂錨索采用兩支CKb2340和三支Z2360樹脂錨固劑錨固；注漿錨索采用兩支CKb2340和一支Z2360樹脂錨固劑錨固，并采用水泥漿液注漿。水泥采用PO.42.5普通硅酸鹽水泥，水灰比0.6～1.0，同時加入10%的ACZ-Ⅰ注漿添加劑，攪拌時間90 s左右。

錨桿扭矩力不低于280 N·m，樹脂錨索張拉預(yù)緊力為210 kN，注漿錨索張拉預(yù)緊力為150 kN。錨桿配合150 mm×150 mm×8 mm拱形高強壓制碟形托板+調(diào)心球墊+減摩墊片支護(hù)，錨索配合300 mm×300 mm×14 mm拱形高強錨索托板+鎖具支護(hù)。菱形網(wǎng)采用12#鍍鋅鐵絲編織，網(wǎng)孔規(guī)格為50 mm×50 mm，頂網(wǎng)規(guī)格為5 600 mm×1 000 mm，幫網(wǎng)規(guī)格為3 200 mm×1 000 mm。

4 應(yīng)用情況

為檢驗特殊條件下支護(hù)組合技術(shù)對圍巖變形的控制，對其動態(tài)支護(hù)效果與信息進(jìn)行跟蹤。結(jié)合地質(zhì)條件及特殊位置，在2-1072巷內(nèi)以切巷為起點，間隔25～50 m建立8組表面位移監(jiān)測站。各測站監(jiān)測的圍巖蠕動控制變形具體如表2所示。

從表2可知，2-105工作面回采期間，2-1072巷道頂板最大下沉量為340 mm，巷道最大底鼓量在270～430 mm之間，巷道頂板下沉量與底鼓量差別不大，發(fā)生最大變形位置在巷道的頂?shù)装逯胁?；兩幫移近量基本相同，靠近煤柱幫移近量?20～410 mm之間，煤壁幫移近量在140～550 mm之間，移近量最大處均在兩幫中上部及巷道肩角部位。

應(yīng)用效果表明：

1）2-1072巷應(yīng)用多種支護(hù)組合技術(shù)，巷道圍巖收斂量較小，能夠滿足小煤柱留設(shè)工作面回采的需要。

2）特殊復(fù)雜條件下小煤柱護(hù)巷開采，采取長短錨索組合、注漿錨索圍巖補強后，能夠解決巷道變形速度快、圍巖變形量大的難題，達(dá)到有效控制巷道過快變形和破壞的效果。

表2 2-1072巷推采過程中表面位移變形量統(tǒng)計

3）特殊復(fù)雜條件下煤巷掘進(jìn)多種支護(hù)組合技術(shù)應(yīng)用，能夠減小煤柱尺寸，提高資源回收率，提高礦井經(jīng)濟(jì)效益。