交叉巷道三角煤柱区支护技术应用

高建军

（山西省吕梁市柳林县庄上镇人民政府安监站，山西 吕梁 033300）

1 概况

兴无煤矿8101 运输顺槽位于井田一采区，巷道南北走向布置，巷道南部布置三条采区大巷，西部为8102 回风顺槽，东部为实煤区，北部为巷道延伸方向，掘进到位后与8101 切巷贯通，巷道从一采区皮带巷开口施工，如图1。

图1 8101 运料斜巷平面布置示意图

为了便于8101 运输顺槽后期物料运输，从运输顺槽50 m 处向右帮按30°方位角施工一条运料斜巷，斜巷设计长度为82 m，施工到位后与一采区运输巷贯通。运料斜巷设计断面规格为宽×高=4.0 m×3.0 m，巷道掘进煤层为9#层，煤层平均厚度2.2 m，平均倾角6°，煤层结构复杂且节理发育。

运料斜巷沿9#煤层底板掘进，采用爆破施工工艺，已掘进32 m。由于8101 运料斜巷与运输顺槽夹角小，斜巷在掘进期间受围岩应力以及爆破震动影响，斜巷与顺槽之间的三角煤预留难度大，煤柱垮落严重。通过现场观察发现，运料斜巷掘进6 m后三角煤柱开始垮落，前期对三角煤柱补打锚杆加固的效果较差，斜巷掘进至25 m 处时三角煤柱垮落长度为8.5 m、宽度为3.6 m，导致巷道交叉处空顶面积达8.7 m2，顶板出现局部断裂、下沉。

2 三角煤柱支护方案

初步设计中运料斜巷与8101 运输顺槽之间的三角煤柱采用顶板锚索加固、巷帮注浆加固等支护方案，但根据现场调查情况，存在以下几方面问题：

1）由于运料斜巷采用爆破施工工艺，受爆破震动影响三角煤柱区域围岩破碎严重，松动圈半径达2.0 m 以上，采用单一注浆加固时加固范围小，注浆扩散半径在0.5～1.0 m 范围内，对围岩松动圈加固改善效果差。根据原三角煤柱注浆情况，注浆后5 d 能够起到围岩控制作用，5～10 d 围岩又局部出现裂隙，10 d 后岩体裂隙扩张、三角煤柱再次出现垮落。

2）对垮落区顶板采取组合锚索加固，虽然起到临时控制作用，但是随着后期回撤应力影响，三角煤柱围岩破碎范围扩大，支撑强度降低，顶板支护出现“应力疲劳”现象，顶板支护失效严重，很容易发生顶板冒漏、垮落等事故。2020 年11 月17日8204 工作面停采时与8204 运料斜巷开口位置距离为30 m，两巷交叉位置处于动压区内，受回撤应力影响，8204 工作面在设备回撤期间，垮落三角煤柱顶板出现断裂，增加顶板支护费用、人工费用达17.8 万元。

为了提高交叉点顶板稳定性，保证斜巷安全快速掘进，决定对8101 运输顺槽与运料斜巷之间三角煤柱采取“锚索吊棚+柔性注浆加固+柔模浇筑”等联合支护。

3 三角煤柱安全支护工艺

3.1 交叉点顶板补强支护

在柔模浇筑施工前，需对空顶区及两侧巷顶板采取锚索吊棚及组合锚索进行加固，防止后期顶板断裂、破碎。

1）从斜巷开口处沿两侧巷道10 m 范围内施工锚索吊棚，锚索吊棚由一根JW 型钢梁和两根锚索组成。JW型钢梁长度3.5 m，厚度8 mm，宽度0.35 m；锚索长度为5.3 m，直径为17.8 mm。钢梁上布置两个直径为30 mm、间距为2.0 m 锚索支护孔，锚索吊棚与顶板钢带平行布置，布置间距为1.0 m，两侧巷道各施工10架，位于交叉点处施工2架。如图2。

2）对三角煤柱垮落后的顶板采取组合锚索进行支护，组合锚索布置间距为1.0 m，排距为2.0 m，空顶处共计布置5 排组合锚索（14 组）。每组组合锚索采用一块长度、宽度为0.5 m 组合托板和三根长度为8.3 m、直径为21.8 mm 锚索组成。

3.2 煤柱柔性注浆加固

3.2.1 柔性注浆加固原理

对破碎围岩施工注浆钻孔，并对钻孔内安装棕绳，然后对钻孔进行注浆施工，注浆后棕绳利用注浆液全长锚固在钻孔壁岩体内。一方面注浆液在围岩内形成网络骨架提高围岩整体抗压强度，实现了破碎围岩重组作用；另一方面棕绳具有较强的延展性，注浆后棕绳与破碎围岩牢固粘接，降低了应力对围岩产生纵向剥离破坏作用。

3.2.2 棕绳及注浆材料选取

1）棕绳规格参数。目前柔性注浆采用的棕绳直径主要有Ф18 mm、Ф21 mm 以及Ф24 mm 三种。通过对三种棕绳进行抗拉强度试验发现，Ф18 mm 的棕绳抗拉强度为25.7 MPa，延展率为8.9%；Ф21 mm 的棕绳抗拉强度为37 MPa，延展率为13.6%；Ф24 mm 的棕绳抗拉强度为42 MPa，延展率为14.8%。为了适应大应力变形围岩，8101 运料斜巷三角煤柱决定采用Ф24 mm棕绳，长度为6.0 m。

2）注浆材料。传统的水泥浆无机注浆材料具有取材方便、成本费用低、环保性能好等优点，但是注浆渗透半径小、凝固速度慢。为减少注浆钻孔数量，增加注浆渗透半径，能够快速使注浆棕绳与破碎围岩粘接为一体，注浆材料选取脲醛树脂类有机化学注浆材料，注浆液渗透系数为0.01～0.1 cm/s。

3.2.3 柔性注浆施工工艺

1）柔性注浆钻孔布置在未垮落三角煤柱两帮及垮落侧，两帮各布置两排注浆钻孔，每排4 个，布置间距为2.0 m，钻孔深度为3.0～4.5 m。第一排钻孔距顶板间距为1.0 m，布置排距为1.5 m，相邻钻孔间距为2.0 m，如图3。上排孔以15°仰角布置，下排孔垂直煤柱布置；垮落侧钻孔共计布置2 个，深度为5.0 m，钻孔距顶板间距为1.5 m，垂直煤柱布置。

图3 三角煤柱柔模浇筑及注浆施工示意图（mm）

2）注浆钻孔施工完后，对孔内填装棕绳，并埋入注浆软管，然后将注浆软管与注浆泵连接高压注浆施工。

3.3 柔模浇筑施工

1）对未垮落区煤柱采取柔性注浆加固后，将垮落区煤柱底板清理干净，然后对垮落区进行柔模浇筑施工。首先沿原三角煤柱边线以及煤柱两端头支设木柱，木柱长度为3.0 m，直径为300 mm，木柱支设间距为0.5 m。

2）木柱支设完后，对实体煤柱侧施工两排穿拉锚杆，每排3 根，锚杆外露长度为1.0 m，外露端安装钢带与木柱进行固定。穿拉锚杆施工完后，在木柱四周支设模板，使三角煤柱区域形成密闭的浇筑区，每层模板支设高度为1.0 m。

3）第一层模板支设到位后，对浇筑区内注入混凝土进行浇筑，浇筑期间采用振动棒震动严实，保证浆液完全胶结渗透。当浇筑高度达0.8 m 时，开始支设第二层模板。以此类推直至浇筑到位与顶板接触严实。

4）为了保证柔模浇筑牢固可靠，浇筑高度达2.0 m 时在浇筑区两侧施工一排穿拉锚索，并采用长度为0.5 m 工字钢梁以及锁具进行预紧，如图3。

4 应用效果

1）提高了围岩稳定性。三角区采取柔模浇筑等联合支护技术后，控制了三角区煤柱垮落现象，消除了三角区空顶，三角区顶板未继续出现断裂、破碎现象。

2）减少了二次支护费用。8101 工作面回采结束并进行回撤，回撤通道与运料斜巷开口位置距离为47 m，工作面在回撤通道施工、设备回撤期间三角区顶板未出现断裂、冒漏现象，局部顶板出现下沉，最大下沉量控制在0.14 m 以下，支护后的三角煤柱整体稳定性好，未出现大面积垮落现象，帮部最大收敛量不足0.2 m。