樊殿鑫

（山西煤炭运销集团三元古韩荆宝煤业有限公司，山西 长治 046200）

长期以来，煤炭是支撑我国现代化建设发展的重要基础和动力来源，随着国家经济的快速发展，我国能源结构仍将以煤炭为主。我国煤炭资源以地下井工开采为主，需要掘进大量的地下巷道，相关资料显示，我国每年掘进巷道长度在2万千米以上［1-2］。由于历史原因，我国境内曾经存在许多小煤窑，占据着大量优质的煤炭资源。受到经济及技术条件的制约，这些小煤窑开采时，留设了大量煤柱或者采用以掘代采方式开采，在小煤窑关停整合后，煤炭资源的整体性受到了破坏，赋存的老空区、空巷等给煤炭资源的回收带来了很大困难［3-5］。以 荆 宝 煤 业30301运 输 顺 槽 掘 进193～378 m范围时将通过老采空区为工程背景，通过分析荆宝煤业30301运输顺槽过老采空区的锚注加强支护思路，提出荆宝煤业30301运输顺槽过采空区锚注加强支护技术。

1 工程概况

荆宝煤业30301运输顺槽服务于30301综采工作面，用于工作面运输、通风，并兼做安全出口。荆宝煤业30301运输顺槽北部为30302工作面，南部为30301工作面，西部为三采区回风巷、机轨巷，东部为实体煤，巷道埋深一般在105～122 m。30301工作面开采3#煤，煤层平均厚度为5.62 m，煤层倾角0°～8°，属于较简单结构煤层，坚固性系数1.9～2.0。煤层直接顶为1.82 m的灰色砂质泥岩；老顶为8.66 m的浅灰色—灰色细粒砂岩；直接底为3.78 m的灰黑色砂质泥岩；老底为4.61 m的浅灰色细砂岩。30301运输顺槽掘进宽4.7 m，掘进高3.3 m，巷道设计长度649 m。根据地质资料显示，巷道掘进193～378 m范围时将通过原天利煤矿采空区（目前采空区冒落矸石已压实），给巷道掘进及围岩控制带来较大难度。

2 过采空区锚注加强支护思路与技术

荆宝煤业30301运输顺槽巷道掘进时将通过老采空区，巷道围岩维护困难。基于30301运输顺槽掘进的具体生产地质条件，提出了适用于30301运输顺槽的过老采空区加强支护思路与技术。

2.1 采空区破碎围岩注浆改性思路与技术

30301运输顺槽巷道在193～378 m范围掘进时将揭露采空区，该段范围内巷道围岩体破碎，自身承载能力差，巷道围岩稳定性差。因此，在巷道通过老采空区及其前后20 m范围内，拟采用采空区破碎围岩注浆改性的方式提高破碎围岩的承载性能，从而促使老采空区破碎围岩形成整体结构，充分发挥巷道围岩与支护结构的整体承载性能。该方法的具体技术参数如下：顶、帮注浆孔设计直径均为42 mm、长度均为4 000 mm，注浆管采用内径15 mm、长度2 500 mm的PVC管制作，注浆管每隔200 mm交错设置出浆孔，顶、帮注浆孔间排距设计为1 600 mm×1 600 mm，顶、帮注浆孔注浆终孔压力为设计2.0 MPa。

2.2 高强度锚网索主动支护思路与技术

由于巷道掘进通过老采空区范围围岩破碎，破碎围岩注浆后受掘进扰动影响，注浆改性后的围岩易出现失稳现象，因此在30301运输顺槽掘进通过采空区及其前后20 m范围内，采用高强度支护结构，即采用高强度锚杆（索）进一步加固巷道围岩，促使破碎围岩形成主动支护结构，加强巷道围岩的主动承载性能，具体技术参数如下：

（1）顶帮均采用规格ϕ20 mm×L 2 400 mm、材质HRB335的高强度锚杆，配套采用ϕ28 mm钻头进行钻孔。锚固剂采用1支型号MSK2335和1支型号MSZ2360型的树脂药卷。锚杆托板配规格120 mm×120 mm×10 mm、承载能力≥136 kN的高强度托盘，同时配套强度相互匹配的螺母、球垫和减摩垫片；锚杆预紧扭矩不低于300 N.m。顶锚杆间排距800 mm×800 mm，每排均匀布置6根。顶锚杆采用规格长4 400 mm、宽80 mm、ϕ14 mm圆钢焊接的钢筋梁连接。帮锚杆间排距900 mm×800 mm，每排均匀布置4根，帮锚杆采用规格长3 200 mm、宽80 mm、直径14 mm圆钢焊接的钢筋梁连接。

（2）顶板采用规格ϕ18.9 mm×L 8 300 mm、1×7股高强度低松弛预应力钢绞线的高强度锚索，配套采用ϕ28 mm钻头进行钻孔。锚固剂采用1支型号MSK2335和3支型号MSZ2360型的树脂药卷。锚索托板配规格300 mm×300 mm×16 mm、承载能力≥250 kN的高强度托盘，同时配套强度相互匹配的锁具，锚索张拉预紧力不低于45 MPa。锚索间排距2 000 mm×800 mm，采用“2-1-2”三花布置，一排布置2根的锚索采用规格长2 400 mm、宽280 mm、厚3 mm的W钢带连接。

图1 巷道支护断面

（3）顶帮均采用网孔规格50 mm×50 mm、10#铁丝制成的菱形金属网加强支护，顶网规格4 900 mm×1 000 mm，帮网规格3 200 mm×1 000 mm。

3 工程应用

将掘进过老空区锚注加强支护技术应用于荆宝煤业30301运输顺槽掘进通过老采空区及前后20 m范围内的巷道支护，同时监测过采空区范围内的巷道围岩变形情况，得到过老采空区范围时试验巷道变形曲线如图2所示。从变形曲线上看，巷道掘进通过老采空区范围时试验巷道变形可分为三个时期，包括掘进初期破碎围岩快速变形时期、掘进中期围岩锚注强化缓慢变形时期以及掘进后期围岩及支护结构稳定时期。其中：掘进初期破碎围岩快速变形时期在试验巷道掘出45d内，该阶段试验巷道刚开始掘进，揭露的破碎围岩出现快速变形，顶底板及两帮围岩相对变形速度约2.11 mm/d、1.62 mm/d；掘进中期围岩锚注强化缓慢变形时期发生在试验巷道掘出45～90 d内，该阶段试验巷道围岩锚注强化取得一定效果，围岩结构开始稳定调整，围岩变形速度减缓，顶底板及两帮围岩相对变形速度约1.08 mm/d、0.66 mm/d；掘进后期围岩及支护结构稳定时期发生在试验巷道掘出90d后，该阶段试验巷道锚注支护及围岩结构趋于稳定调整，顶底板及两帮围岩相对变形速度趋于0 mm/d；最终，试验巷道在观测期内顶底板及两帮最大相对位移量约162 mm、109 mm。综上所述，荆宝煤业30301运输顺槽掘进过老采空区破碎围岩区域，巷道变形均在可控范围内。

图2 试验巷道围岩变形曲线

4 结语

荆宝煤业30301运输顺槽掘进至193～378 m范围时将揭露老采空区，巷道围岩维护困难。基于此，提出了采空区破碎围岩注浆改性、高强度锚网索主动支护的过采空区锚注加强支护思路。采用过采空区锚注加强支护技术，现场应用后，试验巷道在掘出100 d后，巷道支护及围岩结构趋于稳定，顶底板及两帮围岩相对变形速度趋于0 mm/d。最终，试验巷道顶底板及两帮最大相对位移量分别为162 mm、109 mm，表明采用的过采空区锚注加强支护技术实现了荆宝煤业30301运输顺槽掘进过老采空区破碎围岩的稳定控制。