采空区小岩柱下掘进支护技术研究与应用

李洁

一、工程概况

恒源煤电任楼煤矿8₂58工作面位于矿井二水平，中五采区北翼三阶段，浅部以设计风巷为界，上临8₂56采空区，深部以设计机巷为界，北部以设计切眼为界，临近F_X8-3′断层，南部以设计收作线为界。上覆5₁煤局部回采，7煤已回采。本工作面为我矿2019年重点工作面，同时也是皖北煤电第一个自动化工作面。由于8₂58机联巷施工期间从7₂510S工作面采空区下方穿过，净岩柱最小处仅为4m±，且该处位于7₂510S工作面收作线附近，为应力集中区，给巷道顶板支护、管理及瓦斯、防灭火管理等带来极大困难。

由于8₂58机联巷施工期间从7₂510S工作面采空区下方穿过，净岩柱最小处仅为4m±，且该处位于7₂510S工作面收作线附近，为应力集中区，根据我矿同类型巷道支护经验，巷道将采用锚喷支护+耦合支护+套U型棚多层支护。但是由于应力集中、围岩稳定性差，多层支护极易造成支架严重变形，棚腿赤脚、棚梁弯曲。为改变这种现状,8₂58机联巷施工过程中尝试采用φ22mm中空注浆锚索配合KWJG-3久米纳矿用无机充填加固材料对锚索进行全长锚固，锚索替代锚杆全断面支护的新支护工艺。

二、巷道支护方案

自L8→27.3m开始至L8→46m（即煤线底板距离巷道顶板6m），巷道采用锚喷支护，具体支护参数如下；

1、拱部采用φ21.8mm×4300mm/6250mm（两肩窝处）中空注浆锚索+φ21.8mm×4000mm/6250mm（两肩窝处）钢绞线代替锚杆交替布置施工，φ21.8mm×4300mm/6250mm中空注浆锚索采用久米纳矿用无机充填加固材料全长锚固；φ21.8mm×6250mm钢绞线，每眼采用2卷MSK2880树脂锚固剂，锚索预紧力不小于240KN，锚索间排距800mm×800mm，网片采用钢筋轧花网。

2、帮部采用φ22×2400mm左旋无纵筋等强螺纹钢锚杆进行支护，每眼用1卷MSK2880树脂锚固剂，锚杆锚固力不小于100KN，螺母扭矩不小于300N.m，锚杆间排距800mm×800mm，网片采用钢筋轧花网。

3、巷道找成型后及时进行初喷支护，初喷厚度30～50mm，复喷厚度20～40mm，喷层总厚度（初喷+复喷）50～90mm。

附图2：巷道支护断面图 附图3：拱部支护展开图

三、矿压观测保障措施

1、采空区下掘进施工期间，每5m设置1个围岩观测站，并安装1个顶板离层仪。

2、要求所有顶板离层仪及围岩观测站必须进行周分析，形成周报交生产技术部。

3、顶板离层仪滞后迎头不大于20m，防止放炮崩坏。

4、围岩观测站在帮部成巷后及时布置。

5、要求顶板离层仪及围岩观测站深入托煤顶段及岩柱大于6米段不小于10m，便于进行数据分析对比。

6、施工过程中一旦出现异常情况，立即停止作业，对巷道进行套棚加固。

7、支护前对顶板情况进行窥孔取样，支护后再次进行取样，形成对比，看看顶板注浆效果及支护效果。

四、施工效果

1、采用中空注浆锚索支护，实现全长锚固，利用浆液封堵锚索围岩裂隙，防止围岩风化，防止通过锚索钻孔向采空区漏风或采空区瓦斯向外涌出，且能防止围岩被水浸湿而降低围岩的本身强度或顶板来压锚索断裂窜出伤人。

2、在安装过程中采用树脂锚固剂进行端头锚固，并采用高预紧力紧固（达10t以上），因此，在不注浆的情况下也能立刻承受较大载荷作用，能够有效提高支护结构的整体性和承载能力。在实际施工过程中两肩窝锚索出现锚固段锚固在顶板破碎带或锚固在煤体内情况，造成锚固失效，此种情况采取先注浆，待浆液凝固24小时后再进行张拉，最终达到设计预紧力。

3、中空注浆锚索索体为中空结构，自带芯管，安装时采用反向注浆，不仅消除了产生气穴空洞的可能，保证注浆浆液充满钻孔，与原有注浆锚索相比，省去了排气管和注浆管专用接头，也无须在现场绑匝注浆管、排气管以及封堵注浆孔。浆液呈膏状，无需对孔口封孔，较原注浆加固方式有浆液渗漏少，不需进行人工堵漏等优点，使施工步骤大为简化。

4、注浆后浆液将松散破碎的巷帮胶结成整体，从而改善了巷帮的内聚力、内摩擦角及弹性模量等物理力学性质，进而提高了巷帮的整体强度，实现利用围岩本身作为支护结构的一部分；且与原岩形成一个整体，使巷道保持稳定而不易产生破坏。

五、经济效益分析

多层支护（m）	材料名称	U型钢	帮锚杆	管缝锚杆	W钢带	铁背板	塘材	芭片	卡揽	锚杆	喷浆	锚索	W钢带	轧花网
	材料单价（元/套.m2.m）	122.4	42.2	49.3	33.9	40.3	0.8	4.1	4.0	47.6	1085.6	175.2	33.9	239.9
	每棚/排支护材料消耗	10.3	4.0	13.0	1.6	18.0	20.0	20.0	43.0	13	1.6	5	5	1.0
		1260.7	168.8	640.9	54.2	725.4	16.0	82.0	172.0	618.8	1736.96	876	168.5	239.9
	材料总价	3120元/棚+3640元/排，5200元/米+4550元/米
	人工单价	2067元/米+2083元/米
	每米巷道单价	13900元/m

附表1：多层支护材料消耗定额

附表2：新型支护材料消耗定额

新型支护（m）	材料名称	锚杆	注浆锚索	锚索	喷浆	注浆	钢筋轧花网
	材料单价（元/套.m2.m）	47.6	276.5	175.2	1085.6	52.5	239.9
	每排支护材料消耗	4.0	4.5	4.5	0.8	4.5	1.0
		190.4	1244.3	788.4	868.5	236.3	239.9
	材料总价	3567.7元/排，4459.6元/米
	人工单价	2083元/m
	每米巷道单价	6542.6元/m

根据附表1、2对比，采用φ22mm中空注浆锚索配合KWJG-3久米纳矿用无机充填加固材料对锚索进行全长锚固，锚索替代锚杆全断面支护的新支护工艺后材料消耗+人工费用每米减少7357.4元。本工程共计18.7m，累计减少掘进费用13.76万元，使用效果明显。

六、总结

1、从目前顶板离层指示仪及围岩观测站观测的数据分析，8₂58机联巷支护完好，顶板未发生变化，支护效果俱佳。

2、此项技术为矿井后期巷道托煤顶施工，过采空区、断层、顶板破碎带、近距离煤层巷道施工等提供了支护经验。目前，锚索全长锚固支护已在我矿II2一车场轨道石门、7₂511架棚段巷道加固施工中推广应用。