底抽巷二次錨網(wǎng)索噴協(xié)同支護技術(shù)研究與應(yīng)用

王延林

（鄭煤集團超化煤礦，河南 新密 452385）

1 概況

超化煤礦主采山西組二1煤，井田面積10.1km2。煤層軟，直接頂、底板為泥巖和砂質(zhì)沙巖，屬典型的“三軟”不穩(wěn)定煤層。

在眾多動壓影響巷道中，跨采巷道承受的影響最為強烈。22051底抽巷不僅服務(wù)于該工作面的瓦斯抽采，而且在相鄰的22071工作面瓦斯治理期間將作為3條打鉆橫貫的回風(fēng)通道。此外，22051底抽巷外段還兼作礦井主排水系統(tǒng)的管子巷，不僅巷道服務(wù)年限長，而且對巷道的使用斷面要求很高。

巷道在工作面超前支承壓力影響期間急劇變形，而且在工作面推過后上覆巖層斷裂、垮落和壓實過程中的變形更加劇烈。因此，工作面動壓影響巷道的維護問題一直是困擾煤礦安全生產(chǎn)的重大技術(shù)難題。

2 工作面底板巷道圍巖穩(wěn)定性影響因素分析

2.1 工作面回采對底板巷道圍巖穩(wěn)定性影響分析

22051 底抽巷正巷走向方向與22051工作面推進方向平行，動壓影響屬于“騎采”類型。工作面回采之前，工作面周圍的巖體處于原始應(yīng)力平衡狀態(tài)。伴隨著煤層的開采，原始應(yīng)力平衡狀態(tài)被打破，在工作面采空區(qū)四周形成不同程度的支承壓力帶。

經(jīng)現(xiàn)場設(shè)置的觀測站觀測，受工作面采動影響后，巷道幫部巖體首先產(chǎn)生屈服、破壞，隨著幫部巖體的失穩(wěn)、破壞，承載能力相對較高的拱結(jié)構(gòu)同樣隨之失穩(wěn)；另一方面靠近巷道中下部的幫部圍巖徑向位移量大致相當(dāng)，說明此時巷道幫部承載結(jié)構(gòu)隨著巷道不斷底臌，在承載能力逐步降低的同時產(chǎn)生整體內(nèi)移。

受采動影響后，巷道拱頂圍巖位移特征為整體下沉。造成這一現(xiàn)象的原因在于，現(xiàn)有巷道圍巖巖性結(jié)構(gòu)中，巷道兩幫為泥巖，起拱線以上為灰?guī)r，錨網(wǎng)支護在兩幫形成的梁結(jié)構(gòu)可視為上部拱結(jié)構(gòu)的支座。在高應(yīng)力作用下，隨著巷道兩幫梁結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)、破壞，兩幫巖體向巷道內(nèi)擠壓鼓出以及底臌影響，使得支座穩(wěn)定性不斷下降，造成拱部巖體整體下沉。

通過對比地質(zhì)采礦條件下巷道圍巖應(yīng)力場和位移場分布，由于底板巷道所處的L7-8灰?guī)r強度較高，工作面“騎采”和“跨采”條件下巷道圍巖變形量整體不大，巷道變形主要發(fā)生在L7-8灰?guī)r間的泥巖部位，22051底抽巷、中央進風(fēng)行人下山和3條橫貫的變形、破壞狀況也驗證了這一分析結(jié)果?？傮w來看，相較于“騎采”形式，“跨采”形式對底板巷道圍巖穩(wěn)定性的影響較大，底板巷道位于采空區(qū)外側(cè)時巷道圍巖穩(wěn)定性最差，位于采空區(qū)內(nèi)側(cè)時次之，位于采空區(qū)中部時較小。

2.2 水體對22051底抽巷錨網(wǎng)支護承載結(jié)構(gòu)影響

從底抽巷裸露的巷幫可以看到，巷道兩幫泥巖在水體聯(lián)合作用下多數(shù)地段已經(jīng)泥化，在泥質(zhì)巖體的膨脹壓力作用下巷道兩幫錨網(wǎng)支護護表構(gòu)件破壞嚴(yán)重。這部分水體極有可能來自上部老巷和采空區(qū)，并通過巖體裂隙和錨桿（索）鉆孔等途徑向下滲透，從而對22051工作面底抽巷圍巖穩(wěn)定性構(gòu)成威脅。

大量實驗結(jié)果表明，隨著含水量的增加，巖石的峰值強度、殘余強度、長期強度、彈性模量等力學(xué)參數(shù)均有所降低，而巖石蠕變應(yīng)變率隨著含水率的增大而增大，即粘滯系數(shù)隨含水率的增加而減小。因此，對泥質(zhì)軟巖的流變變形，可以從兩個方面進行強化，即一方面封堵導(dǎo)水裂隙，阻止水對軟巖的彈性模量、粘滯系數(shù)的弱化，提高軟巖的抗變形能力，另一方面就是通過注漿等巖體強化手段提高巖體的長期強度極限，避免巖體進入流變變形階段。

3 采動影響下底板巷道二次錨網(wǎng)索噴協(xié)同支護

（1）利用一次錨網(wǎng)支護加固淺部破裂圍巖，改善圍巖力學(xué)性能，提高其殘余強度，同時根據(jù)現(xiàn)場需要考慮注漿加固破裂圍巖，在淺部圍巖中形成承載結(jié)構(gòu)。

在圍巖變形壓力作用下，利用一次支護承載結(jié)構(gòu)的可縮性，適當(dāng)“柔性卸壓”，同時保證加固圍巖不產(chǎn)生過度的剪脹變形。

待圍巖卸壓到一定程度后，進行二次錨網(wǎng)支護，提高支護強度、剛度及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

基于以上原則，為保障22051底抽巷長期穩(wěn)定，實施二次錨網(wǎng)索噴協(xié)同支護。

（2）22051底抽巷在加固前，對巷道兩幫已經(jīng)泥化的部位完全擴刷，直至實體巖層，一方面有利于后期錨桿（索）鉆孔的施工和安裝，另一方面避免殘存的泥化巖體對深部穩(wěn)定巖體進一步侵蝕、破壞。

（3）巷幫泥化巖體剝離后，及時打錨桿掛網(wǎng)并噴漿封閉，噴漿過程中盡量找平，為后期二次錨網(wǎng)索支護施工創(chuàng)造有利條件，同時隔絕水體對泥質(zhì)巖體的影響，避免泥質(zhì)巖體遇水膨脹變形。

（4）一次支護施工完畢后，實施二次錨網(wǎng)索噴聯(lián)合支護，并沿巷道走向布置鋼筋梯，將一次支護的噴層置于金屬網(wǎng)內(nèi)側(cè)，從而控制噴層開裂所形成水體滲透通道。二次支護施工完畢后，噴漿封閉金屬網(wǎng)。

4 巷道加固實施

由于原巷道部分?jǐn)嗝嬉褵o法滿足使用要求，需對巷道斷面進行擴刷，擴刷后巷道毛斷面尺寸為4.8×3.9m。

（1）巷道斷面擴刷完畢后，實施一次錨網(wǎng)支護。一次錨網(wǎng)支護錨桿規(guī)格為Φ20×2400mm左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，錨桿間排距780×1000mm，并配合使用鋼筋網(wǎng)護表。每根錨桿使用1支K2350和1支Z2350樹脂錨固劑，錨桿安裝扭矩不低于300N·m。

（2）一次錨網(wǎng)支護施工完畢，檢查所有錨桿合格后，對一次支護表面進行噴漿找平。二次錨網(wǎng)索支護分錨桿支護和錨索支護斷面，在一次支護斷面間交替布置。支護方案如下：

① 二次錨網(wǎng)支護錨桿規(guī)格為Φ20×3000mm左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，錨桿間排距780×2000mm，并配合使用鋼筋網(wǎng)和Φ12mm鋼筋梯護表，鋼筋梯沿巷道走向布置。每根錨桿使用1支K2350和1支Z2350樹脂錨固劑，錨桿安裝扭矩不低于300N·m。具體參數(shù)見圖1、圖2。

圖1 一次錨桿支護斷面圖

② 待二次錨桿支護斷面施工后，在二次錨桿支護斷面間實施錨索補強支護。錨索規(guī)格為Φ18.9×6200mm，錨索間排距1200mm×2000mm，每根錨索使用1支K2350和2支Z2350樹脂錨固劑，錨索預(yù)緊力不低于80kN。具體參數(shù)見圖3。

圖2 二次錨桿支護斷面圖

二次錨網(wǎng)索支護后，若有泥巖或淋水地段需裝設(shè)導(dǎo)水管并噴漿封閉，噴層厚度以蓋住金屬網(wǎng)為宜。

5 效果及效益

通過本項目的實施，避免了22051工作面開采影響范圍內(nèi)底板瓦斯抽放巷道的失穩(wěn)、破壞，避免了重復(fù)擴修維護，以每米擴修費用4000元計算，可節(jié)約費用近120萬元。

圖3 二次錨索支護斷面圖

本項目的實施，實現(xiàn)了巷道在受采動影響情況下變形量在可控范圍之內(nèi)，避免了因采動影響造成巷道大變形引起的排水、抽放管路損壞、通風(fēng)運輸斷面滿足不了要求等問題，也為22071接替工作面瓦斯治理工程按計劃實施和礦井安全高效開采提供了有力保障。