王 华
（山西焦煤霍州煤电集团干河煤矿，山西 洪同 041600）
干河煤矿2-107工作面北邻正在回采的2-105工作面，两工作面之间留有8 m的小煤柱，南为已回采结束的2-116工作面采空区，2-107工作面则成为孤岛工作面。2-1072巷采用留小煤柱沿空送巷，围岩控制困难。
2-107工作面走向长375 m，倾向长106 m，开采2#煤层，煤层厚度3.8 m，煤层倾角2°～10°。工作面整体为走向S35°E，倾向NE的单斜构造。工作面标高为+176～+212 m，盖山厚度为328～588 m。煤层直接顶为砂质泥岩，厚度为6.4 m；
老顶为细粒砂岩，厚度为1.7 m；
直接底为砂质泥岩，厚度为1.1 m；
老底为中粒砂岩，厚度为10.6 m。
工作面绝对瓦斯涌出量为0.5～1.0 m3/min，主要水源为煤层上覆的K8、K9砂岩含水，其含水性较弱，涌水量预计为5～10 m3/h。
工作面两巷为矩形断面，掘宽5 m，掘高3.8 m，掘进断面19 m2。
图1 2-107工作面布置
2.1 煤柱留设理论分析
2-1072巷沿2-105采空区边缘掘进，存在相向采掘现象。小煤柱护巷，一般煤柱宽度在3～8 m之间，需要考虑采动应力、侧向支承应力对巷道支护的影响。根据采空侧向支承压力分布曲线，该范围掘送巷道围岩处于较大的支承压力带内，开掘巷道压力显现剧烈，需快速及时支护，才能避免过快变形和破坏，支护强度需考虑较大富余系数，确保巷道变形可控［1-2］。
2.2 煤柱宽度设计
通过建立FLAC3D数值模型，确定2-105工作面回采后2-1072巷方向的侧向垂直应力分布情况，如图2、表1所示。
图2 2-105工作面回采后侧向支承应力分布情况
从图2可以看出，2-1072巷原始垂直应力为一条直线，2-105工作面回采后垂直应力为一条变化曲线。2-105工作面回采后采动影响区域达26 m，距2-105采空区0～2 m处侧向支承应力处于降低区，2～25 m处侧向支撑应力处于升高区，26 m以外为原岩应力区。
实体煤至采空区边缘距离与集中应力关系如表1所示。
表1 2-105采空区侧向支承应力集中系数
可见，随着距采空区距离的增大，采动引起的应力集中程度先增后减。煤柱宽度选取按照既要保证护巷煤柱及回采巷道的稳定，也要节约煤炭资源提高采区回采率的原则，确定2-1072巷与2-1051巷间净煤柱宽度为8 m。
基于锚索支护及时、主动的基本原理，结合地质生产条件、已掘巷道现有支护和矿压显现情况和工程实践经验，提出强力长短锚索组合支护系统，外加注浆锚索围岩补强和锚固增锚措施，以达到有效控制围岩变形的效果。
3.1 数值模拟分析
依据确定的8 m小煤柱尺寸、实际地质条件，采用FLAC3D计算方法建立数值模型，分析掘进期间2-1072巷的应力分布情况及锚索支护初始设计围岩的变形，如图3、图4所示。
图3 2-1072巷断面和支护
图4 2-1072巷围岩塑性区分布特征
（1）巷道表面位移模拟结果：掘进期间巷道顶板最大下沉量54 mm，巷道最大底鼓量59 mm，发生最大变形位置在巷道顶底板中部；
两帮移近量基本相同，靠近工作面帮移近48 mm、另一帮移近56 mm，移近量最大处均在两帮中部。
（2）巷道围岩塑性区及锚索受力模拟结果：巷道破坏范围较大的位置是两帮，要采取高预紧力、强力支护系统避免帮部破坏加剧。锚索上部处于没有屈服的岩层中，锚索受力为358 kN，锚索长度及强度选择较合理。
数值模拟结果表明，2-1072巷采用强力长短锚索组合支护系统，能够有效控制巷道表面围岩的变形。
3.2 围岩控制技术
（1）围岩控制注浆锚索机理
中空注浆锚索是集锚索高强锚固与注浆加固围岩为一体的新型支护形式。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锚索的全长锚固，浆液能扩散固结破碎、松散岩层，提高围岩的整体性、强度及自承能力［3］。
（2）围岩控制支护
巷道支护断面如图5所示。
图5 2-1072巷支护设计剖面
a、顶板控制
锚杆布置：采用ϕ22 mm×2 500 mm锚杆配合ϕ12 mm圆钢加工制作锚梁支护，每排六根布置，间排距800 mm×900 mm。
树脂锚索布置：采用ϕ21.6 mm×8 200 mm锚索配合W钢带支护。每排三根布置，间排距1 600 mm×1 800 mm。
单体中空注浆锚索布置：采用ϕ21.6 mm×7 300 mm单体锚索支护。每排二根布置，间排距为2 400 mm×1 800 mm。与树脂锚索形成三二布置，二者间隔施工。中空注浆锚索结构如图6所示。
图6 中空注浆锚索结构
b、巷帮控制
锚杆布置：采用ϕ22 mm×2 500 mm锚杆配合ϕ12 mm圆钢加工制作锚梁支护。每排五根布置，间排距800 mm×900 mm。树脂锚索布置：采用ϕ21.6 mm×5 300 mm锚索配合W钢带支护。每排二根布置，间排距1 600 mm×2 400 mm。
（3）技术参数
锚杆采用一支CKb2340和一支Z2360树脂锚固剂锚固；
树脂锚索采用两支CKb2340和三支Z2360树脂锚固剂锚固；
注浆锚索采用两支CKb2340和一支Z2360树脂锚固剂锚固，并采用水泥浆液注浆。水泥采用PO.42.5普通硅酸盐水泥，水灰比0.6～1.0，同时加入10%的ACZ-Ⅰ注浆添加剂，搅拌时间90 s左右。
锚杆扭矩力不低于280 N·m，树脂锚索张拉预紧力为210 kN，注浆锚索张拉预紧力为150 kN。锚杆配合150 mm×150 mm×8 mm拱形高强压制碟形托板+调心球垫+减摩垫片支护，锚索配合300 mm×300 mm×14 mm拱形高强锚索托板+锁具支护。菱形网采用12#镀锌铁丝编织，网孔规格为50 mm×50 mm，顶网规格为5 600 mm×1 000 mm，帮网规格为3 200 mm×1 000 mm。
为检验特殊条件下支护组合技术对围岩变形的控制，对其动态支护效果与信息进行跟踪。结合地质条件及特殊位置，在2-1072巷内以切巷为起点，间隔25～50 m建立8组表面位移监测站。各测站监测的围岩蠕动控制变形具体如表2所示。
从表2可知，2-105工作面回采期间，2-1072巷道顶板最大下沉量为340 mm，巷道最大底鼓量在270～430 mm之间，巷道顶板下沉量与底鼓量差别不大，发生最大变形位置在巷道的顶底板中部；
两帮移近量基本相同，靠近煤柱帮移近量在220～410 mm之间，煤壁帮移近量在140～550 mm之间，移近量最大处均在两帮中上部及巷道肩角部位。
应用效果表明：
1）2-1072巷应用多种支护组合技术，巷道围岩收敛量较小，能够满足小煤柱留设工作面回采的需要。
2）特殊复杂条件下小煤柱护巷开采，采取长短锚索组合、注浆锚索围岩补强后，能够解决巷道变形速度快、围岩变形量大的难题，达到有效控制巷道过快变形和破坏的效果。
表2 2-1072巷推采过程中表面位移变形量统计
3）特殊复杂条件下煤巷掘进多种支护组合技术应用，能够减小煤柱尺寸，提高资源回收率，提高矿井经济效益。
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