趙莊煤業破碎巷幫錨索錨固力提高技術研究

劉許亭

（晉城煤業集團趙莊煤業，山西 晉城 048000）

巷道圍巖變形破壞問題在井工煤礦開采中普遍存在，原因復雜多樣，而一次支護質量對于巷道圍巖穩定性具有關鍵意義[1-2]。新掘進巷道圍巖相對完整，為實施錨索支護的最佳時機，后期圍巖出現變形破壞后，施工錨索會出現成孔困難、錨固力大幅衰減、受力狀態改變等[3]。山西晉城地區主采3#煤層，多采用底抽巷預抽掩護回采巷道掘進，且抽放鉆孔不進行回填處理，導致將來回采巷道掘進時巷幫遺留大量的空洞，一次支護十分困難[4]。以晉煤集團趙莊煤業1310工作面13102回采巷道為研究對象，以期提高錨索錨固力和一次支護效果。

1 工程背景

趙莊煤業一盤區開采3#煤層，1310工作面走向長度2860m，傾向長度220m，煤層厚度4.5m，采用一次采全高后退式采煤方法，布置13103巷、13101巷、13102巷3條順槽，13102巷為下一1310工作面復用。13102巷與13101巷之間保護煤柱寬度55m，在保護煤柱下方提前掘進一條底抽巷，向13101巷和13102巷布置抽放鉆孔進行預抽，掩護兩條巷道掘進。如圖1、圖2所示。

圖1 工作面巷道位置關系圖

由于底抽巷瓦斯抽放鉆孔密度大，平均間距1.5m，且采用水力沖孔，在13101巷南幫和13102巷北幫形成大量的空洞、破碎區，且趙莊煤業煤體酥軟，掘進時采用5.4m長錨索，發現錨固困難，錨固力不足10MPa，嚴重影響一次支護質量。13101巷和13102巷后期將受強烈采動影響，尤其是13102巷將受兩次采動影響，一次支護效果差，將會嚴重影響安全使用。

圖2 底抽巷瓦斯抽放鉆孔布置示意圖

試驗巷道為13102巷，寬5m，高4.5m，錨網索聯合支護。頂板全錨索支護，錨索長8.4m，排距1200mm，每排5根，間距1150mm。幫部錨桿加錨索支護，錨桿長2.4m，排距1200mm，每排5根，間距950mm，錨索初始設計長度5.4m，排距1200mm，每排3根，間距1500mm。如圖3所示。

圖3 13102巷支護設計示意圖

2 前期試驗工作及解決思路

2.1 前期試驗工作

前期采取了樹脂加長錨固、加長錨索、孔口擴孔注漿加長錨固3種方法進行試驗。

（1）樹脂加長錨固。采用SKP22-1/1720-5400錨索，孔徑Ф28mm，正常采用一支規格為MSK2335，一支規格為MSZ2360，現加長采用2～3支MSZ2360。共試驗5根錨索，數據較為離散，平均錨固力12MPa，錨固力增長十分有限。

（2）加長錨索。采用5.4m、7.4m、8.4m、9.4m、10.4m共6種型號錨索，每種長度試驗5根，發現8.4m錨索顯著大于5.4m、7.4m錨索，但與9.4m、10.4m錨索差別不大，表明8.4m錨索較為合適。數據較為離散，平均錨固力15MPa，雖然比原5.4m錨索有明顯提升，但仍不能滿足“錨固力不低于25MPa”的要求。

（3）孔口擴孔注漿加長錨固。采用8.4m錨索，孔口采用Ф50mm鉆頭擴孔，利用擴孔段插管注漿，擴孔深度即為注漿加長錨固長度，如圖4所示。試驗孔口擴孔1m、2m、4m共3個長度，每種長度試驗5根，發現隨著注漿錨固長度增大，錨固力顯著提高，當注漿錨固長度達到4m時，部分錨索錨固力甚至達到30MPa。但數據較為離散，分別為 12MPa、15MPa、26MPa、25MPa、31MPa。

圖4 8.4m錨索孔口擴孔注漿加長錨固示意圖

2.2 解決思路

上述試驗發現，采用擴孔法注漿能夠有效提高錨索錨固力，但都存在數據離散的問題。分析認為：

（1）漿圈厚度及摩擦力。錨索正常孔徑Ф28mm，錨索直徑Ф17.2mm，不論采用樹脂錨固劑或者注漿材料，錨索與孔壁之間漿圈厚度約5～6mm，且煤體自身強度極低，在進行拉拔時，難以提供足夠摩擦力，極容易拉脫。擴孔方式增大了漿圈厚度，提高了與煤壁之間摩擦力，提高了錨固效果。

（2）巷幫內部空洞隨機分布。瓦斯抽放孔形成的空洞集中在煤幫中部和下部，平均間距1.5m。在施工試驗錨索時，錨索隨機打設，部分錨索受空洞影響極大，部分錨索不受影響，造成同種試驗方式數據離散。必須首先對巷幫進行整體注漿。

因此，整體注漿提高巷幫內部完整性、擴孔加長錨固，是提高軟煤錨索錨固力的有效方式。

但擴孔后樹脂藥卷直徑與孔徑不匹配，難以攪拌，不能采用樹脂藥卷加長錨固，需要改為注漿方式，注漿材料可以選用粘接性能優異的馬麗散化學漿。同時，在孔口擴孔注漿錨固，會導致錨索有效張拉范圍很小，采用孔底注漿加長錨固方式較為合理。

3 錨固力提高綜合方案

3.1 注漿加固

每排4個鉆孔，矩形布置。第1鉆孔距離頂板0.5m，仰角5°；第2個鉆孔距離第1個鉆孔1.1m，仰角0°；第3個鉆孔距離第2個鉆孔1.1m，仰角0°；第4個鉆孔距離第3個鉆孔1.1m，仰角0°；孔深均為8m，孔徑均為42mm，鉆孔排距2m。鉆孔布置如圖5所示。

圖5 注漿布置平面圖

注漿材料采用雙液注漿材料，約3min失去流動性，10～15min完全固化，可有效解決漏漿問題。2h強度10MPa以上，1d強度15MPa以上，可以實現注漿1個班后立即施工錨索。

注漿設備采用2ZBQ40/11氣動注漿泵和QB200型攪拌桶。

3.2 全長擴孔孔底加長錨固

（1）鉆孔施工。鉆孔施工深度8.15m，整孔采用Ф50mm鉆頭替換原來的Ф28mm鉆頭。

（2）錨索安裝。將8.4m錨索與1根鋁塑管捆扎，在錨索上距離尾端4m位置纏繞棉紗，棉紗長度不小于200mm，整體送入孔內，棉紗用于阻隔漿液流出。如圖6所示。

圖6 全長擴孔孔底加長錨固示意圖

（3）每個班集中安裝錨索，最后集中注漿。注漿材料采用馬麗散化學漿，通過鋁塑管進行注漿，上壓后即可停止。

（4）1d后，安裝托盤鎖具，張拉預緊，測試錨固力。

4 效果考察

（1）錨索安裝滯后于注漿進行，每天2班安裝錨索，半班注漿，半班張拉，每天約施工60根錨索。

（2）隨機選取10根錨索進行拉拔試驗，試驗數據分別為：29MPa、28MPa、28MPa、32MPa、34MPa、29MPa、28MPa、29MPa、31MPa、33MPa。可以看出，10根試驗錨索錨固力均達到要求，數據在28～34MPa之間，較為集中。說明注漿后巷幫內部比較完整、均質，錨索錨固力顯著提高。

（3）13102巷為復用巷道，經歷兩次采動影響，以往巷幫錨索支護較差，兩幫變形量在1200～2000mm，頂板下沉量500～1000mm，需要擴幫以滿足通風需求，局部還需要挑頂，嚴重影響巷道安全使用和采掘銜接。而采用注漿加固和全長擴孔孔底加長錨固方式后，巷幫支護強度明顯提高，兩幫變形量降低到600～800mm，頂板下沉量控制在300mm以內，無需進行返修。

5 結論

（1）小孔徑施工錨索時，漿圈厚度過小，與孔壁軟煤摩擦力不足，且巷幫內部瓦斯鉆孔空洞隨機分布，是造成錨索錨固力低下、離散度高的主要原因；

（2）基于提高巷幫完整性和增大漿圈摩擦力，設計了巷幫整體注漿加固、全長擴孔孔底加長錨固方案；

（3）效果考察表明，每天可施工60根錨索，錨固力測試表明，10根試驗錨索錨固力均達到要求，數據在28～34MPa之間，較為集中，說明注漿后巷幫內部比較完整，錨索錨固力顯著提高；

（4）采用注漿加固和全長擴孔孔底加長錨固方案后，復用巷道兩幫變形量由以往的1200～2000mm，降低到600～800mm，頂板下沉量由以往的500～1000mm，控制到300mm以內，避免了巷道擴幫、挑頂，有利于巷道安全使用和采掘銜接。