张珂
（鄂尔多斯市中北煤化工有限公司 内蒙古 鄂尔多斯 017000）
摘要：为确保厚煤层无煤柱沿空留巷期间巷道顶板稳定可靠，采用理论分析、工程应用的研究方法，利用围岩注浆加固技术对顶板控制进行研究，研究表明利用注浆压力为2-4Mpa、水灰比为0.8:1的浆液配合Φ22×13300mm的注浆锚索支护顶板时，巷道顶板围岩控制效果好，能够满足安全生产需要。
关键词：厚煤层；沿空留巷；围岩控制；注浆锚索；
中图分类号：TD 文献标识码：A
文章编号：
我国煤炭资源储量丰富，但随着经济的发展，煤炭开采量与日俱增[1]，为提高煤炭资源回采率，无煤柱沿空留巷开采技术日趋成熟，这极大的提高了煤炭资源回收率[2]，但沿空留巷开采面临本工作面超前、滞后等采动影响，巷道围岩变形严重[3]，因此需对围岩控制进行深入研究，本文以色连二矿12412工作面为工程背景，采用围岩注浆加固技术对顶板围岩控制进行研究。
1 工程概况
色连二矿位于鄂尔多斯市东胜区罕台镇，主要开采3-1#及4-1#煤层，12412、12413工作面为4-1煤北翼回采工作面，12412工作面煤层厚度为3.52m，走向长为240m，倾向长为2890m。为解决采掘接替紧张问题，12412工作面采用无煤柱沿空留巷的方式进行回采，留下的回风巷道作为相邻12413工作面回风顺槽，如图1所示，为沿空留巷工作面平面图，为确保沿空留巷巷道顶板在留巷及后续使用过程中年稳定可靠，采用注浆加固技术对围岩稳定性进行研究。
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图1 沿空留巷工作面平面图
2 围岩注浆加固机理
顶板围岩在巷道掘进、工作面回采采动影响后出现裂隙，注浆锚索能够有效减小围岩变形。第一，浆液能够渗透围岩裂隙，在围岩裂隙中固结后形成骨架结构，将煤岩凝固在一起，提高煤岩体内部粘结力，增强围岩整体的稳定性，当围岩受采动影响发生变形时，煤岩体固结骨架能够发挥其韧性，防止围岩发生破坏；第二，能够提高煤岩体整体强度，通过注浆能够改变煤岩体内部自然节理弱面的力学性能，增大节理弱面之间相对滑动的阻力，从而提高煤岩体整体的稳定性；第三，通过注浆锚索加固作用能够使松散岩体胶结成新的整体，形成对巷道空间保护的承载结构，充分发挥围岩自承能力；第四，采用中空注浆锚索加固围岩，一方面锚索安装后能够及时施加预紧力，为围岩提供支护阻力；另一方面通过注浆实现了锚索的全长锚固，浆液的扩散固结了破碎、松散岩层，提高了巷道围岩的整体性和强度以及自承能力，极大的发挥了注浆锚索锚固的效果，从而能够大幅提高沿空留巷顶板的稳定性。
3注浆方案及工艺流程
3.1注浆方案
12412工作面回风顺槽中空注浆锚索按“202”布置，锚索间排距为1700×2000mm，误差不大于±100mm，锚索钻孔孔径Φ32mm，孔深为13000mm，中空锚索外露150mm-300mm，每孔放2支Z2360树脂药卷，锚索型号为Φ22×13300mm，其中注浆锚索顶部往下1000mm为张开孔，张开孔位100mm，共3个张开孔，间距为300mm，浆液通过张开孔向围岩裂隙扩散，锚索注浆采用LJ-300搅拌机，浆液水灰比为0.8:1，即桶内放水量200公斤（即桶容积3/4）先倒1袋水泥搅拌待水泥变为浆液后再倒第2袋以此类推至4-5袋水泥，搅拌成浆液后，放到积浆池方可进行注浆作业，注浆压力为2-4Mpa。如图2所示为注浆锚索支护设计平剖面图。
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3.2 注浆工艺流程
注浆支护技术通过中空注浆锚索，搅拌桶及注浆装置将水泥充填至锚索索体及未锚固段的环形空间内实现锚索的全长锚固，注浆时锚索预先封孔，其工艺流程如下：施工锚索孔、安装2支Z2360树脂药卷、安装中空注浆锚索（边搅拌边将锚索推至眼底，搅拌时间30～40s，稳压时间不得低于2分钟，2分钟后，方可卸下钻机）、封孔（棉纱和锚固剂进行封孔，封孔长度100mm-200mm）、一次张拉预紧、安装锚索托盘、二次张拉锚索（安装好托盘后等待30min，预紧力为140kN）、注浆。图3为中空锚索支护及注浆施工示意图，图4为注浆施工现场图。
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1、锚索孔 2、锚固剂 3、中空锚索 4、托盘 5、锁具 6、连接器 7、注浆管 8、充填泵 9、搅拌桶
图3 中空锚索支护及注浆施工示意图
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4 工程应用
为确定巷道顶板采用普通锚索及中空注浆锚索支护时，巷道顶板下沉情况，采用现场实测的方法对巷道顶板下沉进行监测，测点布置12412工作面退尺2000m与2750m处，其中退尺2000m处1#测点顶板为普通锚索支护，退尺2750m处2#测点顶板为注浆锚索支护，两测点锚索长度及其他支护参数均相同。图5为顶板下沉曲线图，由图可知，1#测点距离工作面45m时，顶板下沉速率开始增加，当顶板滞后工作面为125m时，顶板下沉速率未稳定，顶板下沉最大值达到371mm，2#测点距离工作面10m时，顶板下沉速率开始增加，当顶板滞后工作面为95m时，顶板下沉速率减小，顶板下沉最大值达到245mm，由此可知，注浆锚索支护顶板稳定性好，注浆锚索支护能够满足沿空留巷安全生产需要。
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图5 顶板下沉曲线图
5 有益效果
通过围岩注浆加固机理分析确定沿空留巷顶板采用注浆锚索能够提高沿空留巷顶板稳定性，利用注浆压力为2-4Mpa、水灰比为0.8:1的浆液配合Φ22×13300mm的注浆锚索支护顶板时，巷道顶板下沉量小，围岩控制效果好于普通锚索支护顶板，注浆锚索支护技术确保了沿空留巷顶板满足安全生产需要。
参考文献：
[1]张佳飞. 残煤复采综放工作面围岩控制及支架选型研究[D].太原理工大学,2018.
[2]王晓利.煤炭绿色完全开采不再是梦[J].西安科技大学学报,2021,41(02):184.
[3]闫庚.大采高综采工作面切顶卸压留巷技术研究[J].中国石油和化工标准与质量,2021,41(05):150-152.
作者简介：张珂（1989—），男，内蒙古乌海人，工程师，从事煤矿采掘技术及管理工作。