小煤柱沿空巷道高强锚注支护技术的实践

邓海宾 李彭波

（山东能源枣矿集团七五煤业公司，山东 枣庄 277000）

1 工程概况

山东能源枣矿集团七五煤业公司3上219 工作面位于-624 m 水平南二采区东翼，东邻3上217 工作面采空区。3上219 运输巷沿底板掘进，沿空小煤柱设计预留宽度4.0 m，巷道为矩形断面，S荒=16.8 m2，S净=16 m2，H净=4000 mm，W净=4000 mm。3上219 工作面煤层结构较复杂，含夹矸2～16 层，夹矸主要为泥岩及炭泥岩，原煤强度较低，煤体易发生整体性失稳和剪切滑移失稳。3上219 运输巷超前范围内巷道变形严重，巷道两帮严重内缩，巷道宽度变小，巷道维护工程量大，影响安全高效开采。

通过对3上219 运输巷支护及采动影响的分析，提出了提高4 m 小煤柱承载能力抑制巷道大变形的思路，通过注浆改性手段，提高煤体峰值强度或提高破碎煤体的残余强度，制定了小煤柱沿空巷道锚注加固实施方案[1-6]。

2 高强锚注支护技术分析

沿空巷道存在由顶板煤柱底板形成的大结构，小煤柱的稳定性对沿空巷道的整体稳定性起着重要作用。巷道在掘进以及工作面回采过程中，煤柱帮因应力集中首先发生破坏，其次是实体煤帮破坏，最终引起顶板整体性下沉失稳。因此煤柱帮是沿空巷道的薄弱点，煤柱煤岩体注浆能够大幅提高围岩的残余强度。

高强锚注支护技术是将锚杆支护技术与注浆加固技术优势融为一体，采用树脂锚固剂进行端部锚固，为锚索提供预紧力，利用锚杆、锚索自身中空结构通过注浆对围岩稳定性予以增强，提高支护体系承载强度和锚固的可靠性。

小煤柱高强锚注支护技术具有以下优势：（1）浆液将煤柱破碎煤岩体固结成整体，有效提高煤岩体的物理力学性能；（2）浆液扩散到原有锚杆、锚索孔，实现原有支护材料的二次锚固；（3）浆液稠，固结体强度高，锚杆、锚索达到高强全锚。

3 小煤柱沿空巷道高强锚注加固实施方案

经对3上219 运输巷现场勘查，未受采动动压影响段巷道稳定，煤柱帮与实体煤帮变形量低。受动压影响段，煤柱帮内移量大，支护材料随煤岩体整体内移，实体煤帮煤体挤压破碎；顶板变形不大，局部锚索发生破断，托盘掉落。因此必须对受动压影响段实施高强锚注加固方案。

3.1 中空注浆锚索

在3上219 运输巷高强锚注加固施工作业时采用了中空注浆锚索，是煤矿锚索支护技术的一大创新，实现了锚索全长锚固和注浆加固的结合，主要适用于矿山井巷、隧道、基坑等高应力区、破碎区及软岩工程的支护和补强加固。

中空注浆锚索的主要技术特点如下：

（1）中空注浆锚索采用树脂端锚，安装与普通树脂锚索完全相同，无须增加任何设备。用张拉千斤顶预紧，预紧力高且立即承载。

（2）中空注浆锚索索体及锁紧结构采用新型中空结构，自带注浆芯管，采用反向注浆方式，可实现锚索的全长锚固和围岩注浆加固。

（3）中空注浆锚索索体采用高强螺旋肋钢丝加工，有效提高了锚索索体的表面粗糙度，增加了索体与树脂或注浆材料的握裹力和荷载传递特性。

（4）中空注浆锚索索体尾部有注浆接头，可直接与注浆泵连接进行高压注浆，工序简单，注浆效果好。

3.2 注浆锚索布置

煤柱帮在原有锚网支护基础上补打中空注浆锚索，采用“3-1-3”布置，如图1 所示。每隔一排，补打3 根中空注浆锚索，间排距1000 mm×1900 mm，中间注浆锚索水平补打，上部锚索仰角10°，下部锚索俯角10°。在原有2 根普通锚索的基础上补打1 根水平中空注浆锚索，距原有下部锚索间距200～300 mm，排距1900 mm。

图1 小煤柱加固平面示意图（mm）

锚索规格Φ22 mm×3500 mm，内封孔，延伸率大于5%，破断力大于400 kN。钻孔Φ32 mm（32 mm 钻头），深度3200 mm。使用1 支CK2550、1 支CK2570 锚固剂（若锚不住，可使用1 支CK2550、2 支CK2570 锚固剂）。

在安装过程中，不能快速推进，避免使锚索弯曲过大，造成尾部焊接断裂；依次安装软管、推管和托盘后，进行张拉预紧，施加不低于80 kN 的预紧力；张拉时张拉机具不能卡住锚索焊接段进行张拉，以免将锚索尾部张拉掉，无法连接注浆器进行注浆；锚索外露长度不能超过250 mm。

3.3 注浆材料

普通水泥浆的优点是原材料广泛，成本低，凝固时间长，具有较长的可注期和较多的注浆量；其缺点是浆液颗粒较大，无法进入较小裂隙，初凝时间长不易控制，水灰比小，易沉淀析水，固结后具有一定的收缩率。为避免注纯水泥浆存在的问题，在3上219 运输巷高强锚注加固施工作业时，使用了新开发的微膨胀、早期强度高、高流动性、与煤体黏结性能好的MZM-70 型高强无机注浆料。主要技术指标：膨胀率0.1%～0.3%；1 d 抗压强度20 MPa；7 d 抗压强度40 MPa； 28 d 抗压强度70 MPa以上；对金属（索体）无锈蚀，无毒，无污染；适用于煤层注浆。

3.4 高压稠浆设备

在3上219 运输巷高强锚注加固施工作业时采用了ZBQ8/7 型矿用气动注浆泵，其具有压力高、适应稠浆等突出优点，此外该泵还具有体积小、质量轻、移动方便、易拆卸清洗等优点，专用于高压注稠浆锚固料。其主要技术参数如下：最大注浆压力15 MPa，流量8 L/min，耗风量5 m3/min。

3.5 注浆

开动搅拌机，开始时速度较慢，向搅拌桶内注入清水，根据一次注浆孔的数量确定，按水灰比为1:（2.5～3）加入无机注浆加固复合料（MZM-70）；将复合料缓慢加入，并不断进行搅拌至均匀，使复合料水化达到可注浆条件。

将注浆器与锚索尾部内螺纹进行连接，并检查注浆管的畅通性；启动注浆泵进行注浆作业，适当调慢搅拌速度；如注浆泵压力已达到规定值后关闭注浆泵，等待2～3 min 再注；钻孔一次性注满完成后，卸下注浆器，拧紧锚索尾部丝堵。

4 效果分析

3上219 运输巷受动压影响段进行的小煤柱高强锚注支护，共施工38 个注浆孔，对高强锚注加固后的巷道顶板和两帮的移近量进行了矿压观测。矿压观测表明：3上219 运输巷受动压影响加固区段巷道小煤柱整体强度及稳定性较好，巷道顶底板最大移近量已从加固之前的380 mm 降低至80 mm，巷道两帮最大移近量已从加固之前的340 mm 降低至65 mm，巷道顶底板及两帮变形量较小，巷道围岩的变形量得到了控制，避免了沿空3上219 运输巷道回采期间不断返修的难题，有效保障了生产安全。