综放沿空留巷锚注支护的应用研究

孙 富

（山西教场坪集团玉岭煤业有限公司，山西 朔州 037299）

引言

煤矿巷道支护是保证煤矿开采安全、高效生产的重要保障，其中锚杆锚固支护和巷道围岩注浆加固为巷道加固的主要方式。将锚固支护和围岩注浆加固有机结合起来作为锚注支护，该种支护方式目前主要应用于地下工程的加固和岩土工程的补强加固。从机理上讲，锚注支护可应用于综采工作面沿空留巷的支护，可从根本上解决沿空留巷支护困难、后期维护工作量大的问题；同时，锚注支护本质上的支护成本偏低和工作量低，对于降低作业人员劳动强度、提高支护效率具有重要意义[1]。

1 15 号煤层工作面概况

本文以煤矿15 号煤层的开采为例，该煤矿的生产能力设计为120 万t/年；该煤矿包括有五个采区；工作面煤层的平均厚度为4.2 m，煤层的倾角范围为6°～14°，煤层平均倾角为8.5°。详细掌握工作面的地质条件对支护方案的设计是十分有必要的。经探测，可将工作面煤层的顶底板条件统计如表1 所示。

2 沿空留巷支护现状分析

2.1 工作面支护现状

该工作面断面为矩形形状，目前采用锚杆+锚索的联合支护方式进行支护。具体支护参数如下：

顶板锚杆：左旋无纵筋阻尼螺纹钢锚杆，直径为20 mm、长度为2 000 mm，锚杆间距为850 mm，锚杆排距为800 mm，每排布置的锚杆数量为6 根。

帮部锚杆：左旋无纵筋阻尼螺纹钢锚杆，直径为20 mm、长度为1 800 mm，锚杆间距为900 mm，锚杆排距为800 mm。

锚索：锚索直径为15.24 mm、长度为6 000 mm，锚索间距为1 700 mm，锚索排距为4 000 mm，每排所布置的锚索数量为2 根。

在上述支护的基础上，还采用金属网和托盘等对巷道进行强化支护[2]。

2.2 沿空留巷应力监测结果分析

为掌握沿空留巷在当前支护状态下的支护效果，对当前的地应力进行实测和监测。

2.2.1 地应力实测结果

将地应力实测传感器按照规范进行安装后对顶板的岩层应力条件进行实际测定，测定结果如表2所示。

表2 沿空留巷顶板地应力实测结果

由表2 可知，1 号和3 号测试值的倾角较小，其属于水平应力，该项应力对沿空留巷尾巷的影响最大。由此可以说明，该沿空留巷的水平应力对其稳定性的影响较大。

2.2.2 地应力监测结果

通过对沿空留巷的地应力进行监测发现，距离工作面10 m 以后的位置，沿空留巷工作面的煤柱出现了较为严重的变形或者破坏现象，导致其对顶板的承载能力减弱。

总的来说，沿空留巷工作面顶板和两帮的煤体出现较为严重的破坏，虽然岩层的整体性较好，但是其承载能力明显降低。若不对其进行加固，极易导致出现更为严重的巷道变形情况，无法保证其二次复用的需求。因此，需要对沿空留巷进行加固支护。

3 锚注支护在沿空留巷加固中的应用

通过上述分析可知，急需对沿空留巷进行加固支护。从理论上讲，为解决当前支护方式不足的问题，需要对该沿空留巷两帮的塑形变形区域的煤体强度进行提升，同时可通过支护的锚固范围从而提升沿空留巷煤体的约束效应；此外，还需对沿空留巷顶板进行强化，避免斜跨梁出现结构失稳的现象。

3.1 锚注支护的加固方案设计

鉴于沿空留巷顶板岩层和煤层的整体性偏差，而且在开采动压的影响下极易出现失稳的情况；而且，沿空留巷顶板煤层的厚度大于3 m。综上，采用传统的锚杆补强加固方案并不能达到预期的效果。因此，本工程将采用锚注加固的方式对沿空留巷进行加固强化支护。具体支护方案如下：

总体思路：沿空留巷顶板采用中空注浆锚索强化加固，两帮采用中空注浆锚杆强化加固，具体参数如下：

两帮强化支护：采用直径25 mm、长度3 000 mm的中空注浆锚杆，每排锚杆数量为3 根，对应锚杆间距为1 000 mm、排距为800 mm，锚杆下端下扎10°。

顶板强化支护：采用直径22 mm、长度8 000 mm的中空注浆锚索，每排锚索数量为3 根，锚索间距为1 600 mm、排距为800 mm，锚索向巷道外扎10°。

为其配套的注浆材料为硅酸盐水泥和添加剂，二者的比例为3∶1；注浆泵的注浆压力不小于7 MPa。在实际施工中对相对两帮锚杆进行注浆操作后，对顶板的锚索进行注浆操作。锚柱支护效果如图1 所示。

图1 沿空留巷锚注强化加固效果（单位：mm）

3.2 锚柱支护加固方案效果评估

按照上述锚注支护强化方案按照相关规定标准对沿空留巷进行实施后，对沿空留巷顶底板巷道的中心线位置和两帮腰线的位置设置监测点，重点对沿空留巷的表面变形量进行监测，进而对锚注加固的效果进行评估。对锚注强化支护后巷道变形的数据进行统计，得出锚注支护应用前后的效果如表3 所示。

表3 锚注支护应用效果对比

由表3 可知，锚注支护应用于工作面的沿空留巷后，实体煤帮部、底板、小煤柱帮部以及顶板四个位置的变形量均得到有效控制，而且控制效果非常好。

4 结语

巷道支护是保证煤矿安全、高效生产的重要保障。在实际生产中，虽然在前期已经采取了有效的支护措施；但是，随着工作面的推进受煤矿开采动压的影响，巷道的围岩状态会受到进一步破坏，从而影响生产的安全性和效率。为此，需结合实时煤矿的地应力实测和监测结果对巷道进行强化支护。本文根据沿空留巷的支护现状采用锚注方式对巷道进行补强加固，经实践表明：锚注支护应用于工作面的沿空留巷后，实体煤帮部、底板、小煤柱帮部以及顶板四个位置的变形量均得到有效控制，而且控制效果非常好。