中空注漿錨索在孤島工作面中的應(yīng)用

郭愛(ài)萍

（晉煤集團(tuán)晟泰公司礦山技術(shù)服務(wù)分公司， 山西 晉城 048000）

1 工作面概況

152310工作面北部為152308工作面采空區(qū)和152312工作面采空區(qū)，南部為152311工作面采空區(qū)，西部為152311工作面采空區(qū)，東臨152309區(qū)段運(yùn)輸巷，西部為村莊保護(hù)煤柱。工作面所采煤層為3號(hào)煤層，設(shè)計(jì)走向長(zhǎng)度為340 m，傾斜長(zhǎng)度為345 m，煤層傾角平均為6.5°，煤層均厚3.0 m，中間含有1層均厚0.35 m的夾矸，工作面屬穩(wěn)定可采孤島工作面。152310工作面直接頂為均厚2.2 m的砂質(zhì)泥巖，基本頂為均厚3.2 m的中細(xì)粒砂巖，底板為均厚3.1 m的泥巖-泥質(zhì)砂巖。工作面設(shè)計(jì)兩條順槽，即1523102巷和1523104巷，均沿頂板掘進(jìn)，分別用于進(jìn)風(fēng)、運(yùn)煤和回風(fēng)、運(yùn)料，兩巷設(shè)計(jì)斷面（寬×高）為5.0 m×3.0 m，在掘進(jìn)過(guò)程中揭露多條正斷層，其中落差超過(guò)1 m的共計(jì)11條。工作面采場(chǎng)選用ZY5000-18/38型支架進(jìn)行支護(hù)，兩巷采用錨網(wǎng)索支護(hù)，兩巷超前段采用單體柱配合11號(hào)礦工鋼架設(shè)托棚進(jìn)行支護(hù)。

2 孤島工作面順槽破壞分析

3號(hào)煤層為礦井主采煤層，自礦井大力推廣錨網(wǎng)索支護(hù)以來(lái)，綜采工作面順槽支護(hù)質(zhì)量得了明顯的提高，巷道拉底和擴(kuò)修工作量得到了大幅度降低。然而對(duì)于3號(hào)煤層孤島工作面而言，盡管采用錨網(wǎng)索支護(hù)，但是仍然難以有效控制巷道收斂變形，甚至在設(shè)備安裝前的掘進(jìn)期間需要對(duì)巷道進(jìn)行重新翻修，在回采過(guò)程中還要多次進(jìn)行拉底和擴(kuò)修，勞動(dòng)強(qiáng)度大，不利于工作面安全高效回采。為了掌握3號(hào)煤層工作面順槽破壞特征，以152310孤島工作面為研究對(duì)象，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)和分析：巷道收斂以幫鼓和底鼓為主要形式，其中兩幫收斂量平均可達(dá)2120 mm，頂?shù)资諗科骄蛇_(dá)987 mm，兩幫和頂?shù)资諗苛空剂嗽O(shè)計(jì)斷面的38.5%和25.9%，嚴(yán)重影響了工作面通風(fēng)、行人等。為了了解頂板破壞特征，對(duì)研究工作面頂板打設(shè)多個(gè)窺視鉆孔，結(jié)果顯示，3號(hào)煤層孤島工作面順槽頂板離層較為普遍，其中離層多發(fā)生在頂板上方3～6 m范圍內(nèi)，離層總量平均為12 mm，頂板離層的存在極大地破壞了頂板巖層的完整性，不利于頂板控制管理；普通錨網(wǎng)索支護(hù)一定程度改善了巷道支護(hù)狀態(tài)，但是在109、207孤島工作面兩巷可見(jiàn)錨桿被拉斷現(xiàn)象尤其是動(dòng)壓區(qū)范圍內(nèi)，支護(hù)體系變形失效較為常見(jiàn)，說(shuō)明采用普通錨網(wǎng)索支護(hù)難以有效保證3號(hào)煤層孤島工作面巷道穩(wěn)定；斷層附近頂板較為破碎，穩(wěn)定性較差，“網(wǎng)兜”現(xiàn)象明顯增多，個(gè)別錨桿被拉出，說(shuō)明支護(hù)仍需進(jìn)一步加強(qiáng)。

3 孤島工作面順槽支護(hù)優(yōu)化

3.1 中空注漿錨索支護(hù)機(jī)理

中空注漿錨索由中空桿體、錨頭、止?jié){塞和鎖具等單元組成，巷道開(kāi)挖后，巷道原巖應(yīng)力發(fā)生改變，圍巖表面圍巖裂隙發(fā)育，巷道周圍形成所謂的“松動(dòng)圈”，“松動(dòng)圈”的存在容易造成巷道支護(hù)體系失效[1-3]。通過(guò)中空錨索支護(hù)，可促使?jié){液通過(guò)中間桿體進(jìn)入圍巖裂隙，將破碎的圍巖黏結(jié)在一起，提高圍巖的整體性和強(qiáng)度；同時(shí)，注漿錨索又可發(fā)揮普通錨索的懸吊、組合拱、組合梁和擠壓作用，將徑向擠壓應(yīng)力轉(zhuǎn)為切向應(yīng)力，有效預(yù)防圍巖松動(dòng)圈的擴(kuò)大和發(fā)展，這樣促使圍巖在較小的支護(hù)作用下即可達(dá)到圍巖的相對(duì)穩(wěn)定[4]。另外，中空注漿錨索的使用又可將端頭錨固改變?yōu)槿L(zhǎng)錨固，促使錨索與圍巖形成統(tǒng)一整體，充分發(fā)揮錨索的支護(hù)作用，有利于提高支護(hù)作用。對(duì)于礦井3號(hào)煤層孤島工作面而言，順槽煤體在采空區(qū)側(cè)壓作用下容易產(chǎn)生變形破壞，順槽圍巖破壞深度相比于普通順槽更大，中空注漿錨索可有效發(fā)揮其圍巖加固作用，有利于提高巷道的穩(wěn)定性。

3.2 中空注漿錨索支護(hù)方案

考慮到3號(hào)煤層圍巖特性和孤島工作面順槽破壞特征等因素，決定優(yōu)化原錨網(wǎng)索支護(hù)方式，提出在152310孤島工作面兩順槽實(shí)施“中空注漿錨索+錨桿+金屬網(wǎng)”的支護(hù)方案，具體為：

1）頂板支護(hù)：頂錨桿選用規(guī)格為Φ20 mm×2400mm的高強(qiáng)螺紋鋼錨桿，錨桿間排距為940 mm×800 mm，同時(shí)配備150 mm×150 mm×10 mm的方形鋼托盤，每根錨桿采用MSCK2355型錨固劑兩卷，要求錨固力不低于75 kN。頂錨索采用Φ22 mm×7300 mm的中空注漿錨索，該型錨索破斷力不低于420 kN，強(qiáng)度為1760 kN，錨固長(zhǎng)度為1000～1500 mm，注漿壓力為5～8MPa，中空注漿錨索間排距為1800 mm×1600 mm，要求錨索預(yù)緊力不低于150 kN，每根錨索使用三卷MSCK2355型錨固劑進(jìn)行錨固。頂板采用規(guī)格1.2×6 m的金屬網(wǎng)進(jìn)行護(hù)頂，金屬網(wǎng)搭接不低于200 mm。

2）兩幫支護(hù)：幫錨桿選用規(guī)格Φ20mm×2000 mm的高強(qiáng)螺紋鋼錨桿，錨桿間排距為800 mm×940 mm，托盤規(guī)格為150 mm×150 mm×10 mm的鋼托盤，每根錨桿采用兩卷MSCK2355型錨固劑錨固，要求錨固力不低于50 kN。兩幫補(bǔ)加中空注漿錨索，注漿錨索規(guī)格為Φ22 mm×4000 mm，錨固長(zhǎng)度為1000 mm～1500mm，注漿壓力5～8MPa，錨索間排距為1600mm×1800 mm，每根錨索使用三卷MSCK2355型錨固劑進(jìn)行錨固，要求幫錨索預(yù)緊力不低于120 kN。護(hù)幫所用金屬網(wǎng)與護(hù)頂金屬網(wǎng)規(guī)格和搭接方式相同。

3.3 支護(hù)效果分析

為了掌握152310孤島工作面順槽支護(hù)效果，以回風(fēng)巷1523102巷為研究對(duì)象進(jìn)行了巷道穩(wěn)定性觀測(cè)。結(jié)果表明，在距掘進(jìn)頭80 m范圍內(nèi)為巷道變形區(qū)，其中距離掘進(jìn)頭20 m范圍為距離變形區(qū)域，巷道兩幫累計(jì)收縮變形量為350 mm，約為巷道設(shè)計(jì)寬度的6.3%；頂?shù)装迨湛s累計(jì)為370 mm，約為巷道設(shè)計(jì)高度的9.7%，僅為未使用中空注漿錨索的巷道兩幫和頂?shù)装迨諗苛康?6.5%和37.5%，巷道圍巖控制較好，能夠滿足巷道通風(fēng)、行人、運(yùn)煤等諸多要求。為了掌握使用中空注漿錨索后巷道頂板離層情況，沿頂板向上每隔30 m施工一個(gè)窺視鉆孔，由窺視結(jié)果可知，頂板離層現(xiàn)象不明顯，僅在頂板上方3～6 m出現(xiàn)局部離層現(xiàn)象，離層總量平均為3.2 mm，為未使用注漿錨索支護(hù)前的26.7%，離層控制效果較好。

圖1 152310孤島工作面順槽支護(hù)參數(shù)（mm）

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)中空注漿錨索的使用，能夠有效的促使破碎巖體黏結(jié)在一起，提高巷道圍巖的整體性和強(qiáng)度，且能夠促使支護(hù)體系與圍巖形成統(tǒng)一整體，提高巷道的穩(wěn)定性。152310孤島工作面順槽支護(hù)實(shí)踐表明，通過(guò)中空注漿錨索的使用，順槽收斂量不超過(guò)巷道設(shè)計(jì)斷面尺寸的10%，頂板離層量降低了70%以上，達(dá)到了巷道支護(hù)預(yù)期目的，經(jīng)濟(jì)效益顯著。