“三大一高”復(fù)合頂板煤巷中空高強(qiáng)錨注錨索支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用

陳建勛 王海濤

（河南平寶煤業(yè)有限公司，河南 許昌 461700）

平寶公司己15-17-12100機(jī)巷地面標(biāo)高+118.8～+136.7m，井下標(biāo)高 -744.6～ -722.6m。直接頂為砂質(zhì)泥巖，厚度為2.8～6.0m。煤巷原設(shè)計斷面為凈寬×凈高=4600×3000mm。隨著掘進(jìn)長度的增加和時間的推移，巷道開始出現(xiàn)頂板下沉、兩幫收縮、斷錨桿和斷錨索等現(xiàn)象。因采煤工藝（一次采全高）和技術(shù)裝備（大型端頭支架、單軌吊運(yùn)輸）的提升，原施工寬度和高度已無法滿足回采期間的要求，施工斷面需變更為5200×4000mm。更改斷面后，若仍采取原支護(hù)方案，巷道出現(xiàn)的頂板下沉、兩幫收縮、斷錨桿和斷錨索等現(xiàn)象將更加明顯，更加嚴(yán)重，原有的支護(hù)方法很難獲得預(yù)期的支護(hù)效果，勢必導(dǎo)致巷道圍巖破壞、失穩(wěn)，巷道斷面收縮嚴(yán)重，無法正常使用，不得不反復(fù)進(jìn)行維修，嚴(yán)重影響采面回采。本文主要是在高強(qiáng)錨桿+鋼帶+高強(qiáng)錨索聯(lián)合支護(hù)技術(shù)的基礎(chǔ)上增加錨注技術(shù)，通過巷道高強(qiáng)錨注試驗，重點(diǎn)分析對比使用錨注支護(hù)前后巷道頂板下沉量、兩幫收縮量和斷錨桿數(shù)量等方面的差異，進(jìn)而研究解決大埋深、大跨度、大斷面和高應(yīng)力條件下巷道煤巷頂板支護(hù)技術(shù)難題。

1 原支護(hù)技術(shù)分析

己15-17-12100機(jī)巷原支護(hù)采用高強(qiáng)錨桿（600MPa，Φ22×2600mm高強(qiáng)讓壓錨桿）+鋼帶+高強(qiáng)錨索（1860MPa，Φ22×8000mm）聯(lián)合支護(hù)，排距為800mm，錨桿使用2卷2850型樹脂藥卷，錨索使用3卷2850型樹脂藥卷。技術(shù)人員利用鉆孔測井分析技術(shù)對頂板鉆孔進(jìn)行了攝像、錄像觀測，鉆孔深度約為8m。從觀察結(jié)果來看，己15-17-12100機(jī)巷煤層頂板0.3～0.45m、3.0～4.1m范圍內(nèi)易出現(xiàn)離層現(xiàn)象。己15-17-12100機(jī)巷原支護(hù)錨桿錨固長度為1450m，錨索錨固長度為2177mm，雖然屬于主動支護(hù)，但錨桿未錨固段和錨索未錨固段仍處于離層、破碎范圍內(nèi)，這勢必會影響錨桿、錨索的支護(hù)效果，導(dǎo)致其整體隨巖體整體下沉，未錨固段受高水平應(yīng)力而斷裂。

2 注漿加固設(shè)計方案

依據(jù)原支護(hù)技術(shù)分析結(jié)果，己15-17-12100機(jī)巷施工跨度增加后，在原有支護(hù)強(qiáng)度的基礎(chǔ)上引入中空高強(qiáng)錨注錨索支護(hù)，即把普通高強(qiáng)錨索改為中空高強(qiáng)錨注錨索。通過注漿實現(xiàn)錨索的全長錨固，提高錨固強(qiáng)度和錨固可靠性；通過注漿利用漿液封堵圍巖裂隙，將松散破碎的圍巖膠結(jié)成整體，提高圍巖的承載能力，改善巷道支護(hù)效果。

2.1 中空注漿錨索施工參數(shù)

錨索采用螺旋肋預(yù)應(yīng)力鋼絲制造的中空錨注錨索，型號為SKZ22-1/1860。錨固性能方面，注漿錨索頂端出漿孔距錨索頂端距離為1450mm，對比1卷MSK2850樹脂錨固劑與2卷MSK2850樹脂錨固劑，在錨固長度、錨固質(zhì)量上2卷2850樹脂錨固劑稍優(yōu)于1卷2850，又不影響注漿效果，因此Φ22mm中空注漿錨桿采用2卷2850樹脂錨固劑。

2.2 注漿工藝及注漿參數(shù)

己15-17-12100機(jī)巷為新掘巷道，圍巖相對較為完整，存在裂隙離層發(fā)育不充分的現(xiàn)象。從水灰比的最佳配比、注漿壓力、擴(kuò)散范圍等方面，擬定了五套注漿參數(shù)試驗方案，試驗設(shè)備、材料等見表1。

表1 不同漿液配比試驗方案及記錄表

（1）水泥漿液配比

根據(jù)注漿參數(shù)，現(xiàn)場進(jìn)行注漿試驗。隨著水泥漿液流動性的增大，注漿錨索漿液擴(kuò)散范圍增大，但煤巷頂板裂隙多（頂錨桿施工后有裂隙），注漿壓力降低，注漿量減少。綜合考慮，采用注漿液水灰比為 1:1.8～1:2。

（2）注漿壓力

注漿壓力過小將會導(dǎo)致漿液難以在圍巖裂隙和節(jié)理中擴(kuò)散和密實，達(dá)不到預(yù)期支護(hù)效果。由于己15-17-12100機(jī)巷圍巖裂隙發(fā)育程度低，且采用水泥單液注漿材料，灰水比高，流動性低，為保證水泥漿液的擴(kuò)散效果，注漿壓力選取8MPa。

（3）注漿時機(jī)

注漿必須選擇合適的時機(jī)，即不能太早又不能太晚。過早注漿，巷道圍巖松動圈過小，深部裂隙沒有得到擴(kuò)展，注漿只對巷道近表破碎的圍巖進(jìn)行加固，補(bǔ)強(qiáng)加固的效果不明顯；如果注漿時間過晚，圍巖變形破壞過大，甚至出現(xiàn)巷道失穩(wěn)的情況，這時不僅注漿量少，而且跑漿、漏漿嚴(yán)重，很難保證施工質(zhì)量。根據(jù)現(xiàn)場注漿觀測，結(jié)合巷道圍巖表面位移監(jiān)測結(jié)果，綜合分析，注漿應(yīng)在注漿錨索施工后15d，滯后工作面迎頭距離80m左右。

3 注漿加固效果觀測與分析

3.1 圍巖表面位移觀測

己15-17-12100機(jī)巷每隔50m設(shè)觀測點(diǎn)，進(jìn)行巷道表面位移量監(jiān)測。巷道表面位移量監(jiān)測采用十字布點(diǎn)法安設(shè)測點(diǎn)，通過圖1和圖2對比錨注前后巷道表面位移變化量。

圖1 機(jī)巷240排未錨注段前60d巷道表面位移變化曲線

圖2 機(jī)巷1111排錨注段前60d巷道表面位移變化曲線

從巷道表面位移監(jiān)測結(jié)果看，巷道監(jiān)測位置變形量隨時間不斷增加。通過對比可以看出，未錨注段前60d頂板下沉量在68mm左右，兩幫收縮量在85mm左右，且巷道未穩(wěn)定，仍在繼續(xù)破壞；錨注段前60d頂板下沉量在5mm左右，兩幫收縮量在40～55mm左右，且巷道趨于穩(wěn)定。

3.2 頂板離層監(jiān)測分析

己15-17-12100機(jī)巷每隔50m設(shè)觀測點(diǎn)進(jìn)行巷道頂板離層監(jiān)測。頂板離層監(jiān)測深基點(diǎn)固定在錨索錨固端位置，深度約為7.8m，淺基點(diǎn)固定在錨桿錨固端位置，深度約為2.5m。通過圖3和圖4對比錨注前后巷道頂板離層變化量。

圖3 機(jī)巷541排未錨注段前70d巷道頂板離層變化曲線

圖4 機(jī)巷988排錨注段前70d巷道頂板離層變化曲線

由圖可以看出，未錨注段前70d頂板離層量隨時間推移呈增大趨勢，第541排深部離層量最大達(dá)到140mm，淺部離層量最大達(dá)到34mm；錨注段前70d頂板離層量隨時間推移變化量不大，整體趨于穩(wěn)定，第988排深部離層量才變化4mm，淺部離層量無變化。對比發(fā)現(xiàn)，注漿后支護(hù)效果明顯好轉(zhuǎn)。

3.3 錨注前后支護(hù)效果分析

己15-17-12100機(jī)巷前552m斷面為凈寬×凈高=4600×3000mm，使用普通錨索后930m斷面為凈寬×凈高=5200×4000mm。施工跨度由4600m更改為5200m后，增加了注漿工藝，雖然施工跨度增長了，但錨桿數(shù)量非但沒有增多，通過錨索注漿填充了圍巖裂隙，使錨桿與原巖形成一個整體，使巷道保持穩(wěn)定而不易產(chǎn)生破壞，減少了水平應(yīng)力對錨桿的剪切破壞，避免錨桿因動壓影響而被剪斷。錨注支護(hù)取得了很好的支護(hù)效果。

4 應(yīng)用效果

中空高強(qiáng)錨注錨索支護(hù)技術(shù)在己15-17-12100機(jī)巷得到了成功的應(yīng)用，減少了頂部下沉量和兩幫收縮量。增大斷面后，行人通道更加寬敞，降低了進(jìn)風(fēng)巷風(fēng)速，緩解了采面接替的緊張局面，創(chuàng)造了適宜的井下作業(yè)環(huán)境，保障了礦井生產(chǎn)的順利進(jìn)行和職工的人身安全，有效地解決了大埋深、大跨度、大斷面和高應(yīng)力煤巷頂板變形破壞的難題，為河南平寶煤業(yè)有限公司安全生產(chǎn)、高效生產(chǎn)提供了條件。