特厚煤層順槽巷道過(guò)斷層群錨注支護(hù)技術(shù)

趙恩祺

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)安全生產(chǎn)指揮中心總調(diào)度室，山西 大同 037003）

巷道是井工煤礦開(kāi)采的通道，保證巷道安全使用，是維護(hù)礦井正常運(yùn)行的關(guān)鍵。地質(zhì)構(gòu)造[1-2]是影響煤礦安全生產(chǎn)的重要因素，解決構(gòu)造區(qū)巷道安全支護(hù)難題對(duì)礦井實(shí)現(xiàn)安全高效開(kāi)采具有重要意義。

1 工程概況

金莊煤礦8404 工作面為北四盤(pán)區(qū)的首采工作面，開(kāi)采3-5#煤層，煤層間距小，平均0.8 m，局部區(qū)域合并，夾層主要為泥巖、炭質(zhì)泥巖及高嶺質(zhì)泥巖。煤層偽頂為炭質(zhì)泥巖和泥巖，平均厚0.21 m；直接頂為細(xì)砂巖和泥巖，平均厚3.81 m；基本頂為粗砂巖和中砂巖，平均厚8.34 m。8404 工作面一進(jìn)一回布置，2404 皮帶順槽沿3-5#煤層底板掘進(jìn)，掘進(jìn)寬5.5 m，高3.6 m，掘進(jìn)斷面積為19.8 m2。巷道長(zhǎng)度為4175 m，巷道埋深約300 m。根據(jù)探測(cè)資料顯示，2404 巷道掘進(jìn)至680 m 前方，存在密集斷層群，巷道頂板極其破碎，巷道掘進(jìn)速度緩慢，圍巖控制難度大。

2404 巷道設(shè)計(jì)采用錨網(wǎng)支護(hù)，錨索補(bǔ)強(qiáng)。頂幫均采用Φ22 mm×2400 mm 左旋無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿，間排距均為800 mm×900 mm，預(yù)緊力矩均不低于200 Nm，錨固力均不小于90 kN。頂板錨索規(guī)格為Φ17.8 mm×8300 mm 預(yù)應(yīng)力鋼絞線，間排距為1800 mm×1800 mm，二二布置。在兩側(cè)頂角布置角錨索，錨索規(guī)格Φ17.8 mm×4500 mm，間排距為5400 mm×1800 mm，二二布置。錨索托盤(pán)均采用1000 mm 長(zhǎng)11#礦用工字鋼。

2 頂板破碎區(qū)圍巖錨注控制方案

2.1 超前錨注加固

物理探測(cè)和巷道揭露情況均顯示巷道迎頭前方頂板破碎嚴(yán)重，為保證巷道掘進(jìn)安全，需對(duì)巷道迎頭前方頂板破碎煤巖體進(jìn)行超前加固。由于頂板破碎，掘進(jìn)機(jī)割煤后上方破碎頂板無(wú)法保持完整，頂板穩(wěn)定性極差，故采用錨注一體[3-5]注漿加固的方法，控制巷道迎頭前方破碎頂板。超前錨注方案為：在巷道迎頭前方頂角布置中空注漿錨桿，中空注漿錨桿直徑25 mm，長(zhǎng)6000 mm。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，每排5 根，間距1000 mm，排距為1500 mm。中空注漿錨桿向迎頭前方傾斜，與垂直方向呈15°夾角，如圖1。之后采用加固型注錨劑進(jìn)行注漿，超前注漿加固可改變巷道圍巖的力學(xué)性質(zhì)，滲透到巖體中的漿脈起到網(wǎng)絡(luò)骨架、粘結(jié)補(bǔ)強(qiáng)的作用。

圖1 迎頭超前錨注加固示意圖（mm）

2.2 錨注一體注漿加固

超前錨注加固結(jié)束后，進(jìn)行掘進(jìn)機(jī)組割煤，采用半邊掘錨的方式，即巷道只掘進(jìn)半邊就進(jìn)行錨索錨桿的支護(hù)，待半邊支護(hù)完成后，再進(jìn)行另半邊掘進(jìn)和支護(hù)。掘進(jìn)后巷道正常支護(hù)采用中空注漿錨索配合中空注漿錨桿進(jìn)行。先施工中空注漿錨索，直徑22 mm，長(zhǎng)11 800 mm，間排距為1000 mm×800 mm，每排布置5 根；之后施工中空注漿錨桿，其布置于兩排中空注漿錨索之間，直徑25 mm，長(zhǎng)3100 mm，間排距為800 mm×800 mm，每排布置7根。巷道頂板支護(hù)示意圖如圖2。

圖2 巷道頂板支護(hù)示意圖（mm）

中空注漿錨索和中空注漿錨桿施工結(jié)束后，進(jìn)行注漿施工。先對(duì)中空注漿錨桿進(jìn)行注漿，通過(guò)注漿在巷道圍巖形成2～3 m 厚的整體巖層加固拱，起到淺部承載的作用，同時(shí)可防止錨索注漿時(shí)漏漿。之后進(jìn)行中空注漿錨索注漿，通過(guò)注漿可使中空注漿錨索由端錨變?yōu)槿L(zhǎng)錨固，從而提高錨桿索支護(hù)系統(tǒng)的剛度和抗剪切能力，且注漿漿液向破碎煤巖體擴(kuò)散，形成深部加固拱。深、淺部注漿加固拱共同作用，可對(duì)深部破裂圍巖提供高應(yīng)力的徑向約束，使破裂巖體發(fā)揮應(yīng)力強(qiáng)化特性，從而提高支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體承載能力，以適應(yīng)構(gòu)造破碎區(qū)巷道的支護(hù)要求。注漿加固不僅可以提高圍巖完整性，同時(shí)能夠包裹錨桿索，防止錨桿索腐蝕，提高使用壽命。

2.3 滯后架棚注漿支護(hù)

巷道掘進(jìn)過(guò)后，觀測(cè)巷道圍巖變形，圍巖變形較大及注漿時(shí)漏漿較大的區(qū)域，需進(jìn)行架棚支護(hù)，采用U 型鋼進(jìn)行架棚，排距為800 mm。架棚支護(hù)與主動(dòng)錨注支護(hù)共同作用，實(shí)現(xiàn)主、被動(dòng)綜合支護(hù)。對(duì)架棚段圍巖進(jìn)行噴漿封閉，并打設(shè)注漿加固鉆孔，再次對(duì)巷道破碎圍巖進(jìn)行注漿充填加固。通過(guò)超前錨注支護(hù)、錨注支護(hù)、架棚支護(hù)和二次注漿改性圍巖等多位一體的方法，對(duì)構(gòu)造破碎帶圍巖進(jìn)行維護(hù)，達(dá)到強(qiáng)幫固頂?shù)哪康?，最終實(shí)現(xiàn)破碎圍巖穩(wěn)定，保證巷道安全使用。

2.4 錨索錨注施工工藝

（1）錨索安裝。中空注漿錨索安裝時(shí)，先放入錨固劑，用中空注漿錨索將錨固劑推入，之后采用錨桿鉆機(jī)攪拌錨固錨索；然后在錨索孔口安裝止?jié){塞，并用棉紗纏緊；最后安裝托盤(pán)錨固進(jìn)行漲拉。

（2）錨索注漿。錨索注漿時(shí)，先卸下錨索尾部的絲堵，將注漿頭與錨索尾部連接，檢查注漿管路連接無(wú)誤，方可開(kāi)啟注漿泵。注漿速度不宜過(guò)快，應(yīng)緩慢注漿。注漿泵壓力大，注不進(jìn)漿液時(shí)則停止注漿，先關(guān)閉注漿泵，再關(guān)閉錨索尾部的截止閥，卸壓后拆卸管路開(kāi)始下一個(gè)錨索注漿。注漿過(guò)程中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)局部頂幫漏漿時(shí)，及時(shí)停止注漿，通過(guò)人工和間歇注漿的方式進(jìn)行封堵。

3 效果分析

2404 皮帶順槽受斷層群影響范圍約150 m，采用超前錨注加固、錨注支護(hù)、架棚支護(hù)和二次注漿改性圍巖等方法后，巷道圍巖變形整體可控。巷道掘進(jìn)后前期圍巖變形較大，且速率較快，及時(shí)進(jìn)行錨注一體支護(hù)后，圍巖整體性較好，圍巖變形速率明顯降低；部分區(qū)域通過(guò)架棚和二次注漿改性圍巖后，巷道圍巖穩(wěn)定性明顯提高，后期未出現(xiàn)大變形現(xiàn)象。通過(guò)圍巖變形觀測(cè)，正常區(qū)域圍巖穩(wěn)定后，頂板下沉量最大為92 mm；架棚區(qū)圍巖前期變形較大，超過(guò)120 mm，架棚并注漿后，圍巖變形明顯變緩，未出現(xiàn)后期有害大變形，最大變形量為276 mm。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）錨注一體化支護(hù)可使注漿體、錨桿索和圍巖形成一個(gè)整體，漿液在破碎圍巖中擴(kuò)散形成網(wǎng)絡(luò)狀骨架，同時(shí)漿液與錨桿索一起在破碎圍巖中形成高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)，在垂直方向?qū)ζ扑閲鷰r起到支撐作用，三者共同作用達(dá)到控制圍巖穩(wěn)定的目的。

（2）現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐表明，超前錨注加固、錨注支護(hù)、架棚支護(hù)和二次注漿改性圍巖相結(jié)合的多位一體的構(gòu)造破碎帶圍巖支護(hù)技術(shù)，可有效控制巷道圍巖變形，保證巷道安全使用。