注漿錨索在綜采工作面回采巷道超前支護中的應用

朱 峰

（汾西礦業南關煤業公司，山西 靈石031304）

引言

受采動壓力影響回采巷道圍巖容易變形，給采面正常生產帶來一定的不利影響，為此《煤礦安全規程》要求采面超前支護距離應在20 m以上[1-2]。現階段回采巷道超前支護一般選用以錨網索為主的主動支護方式及以單體、π型梁、超前支撐液壓支架等為主的被動主護方式[3]。主動支護方式具有適用性強、支護方式簡單等優點，但是也存在支護效率及支撐強度低、支護材料不可循環利用問題；被動支護具有支護強度高、速度快等優點，但會對巷道原有的支護體系造成一定的影響[4-6]。以山西某礦1605綜采工作面沿空留巷巷道超前支護為工程背景，將注漿錨索應用到巷道超前支護中，在確保巷道圍巖穩定的前提下實現了節約支護成本以及提高勞動效率目的。

1 工程概況

1.1 采面概況

某礦1605綜采工作面走向、傾向長分別為980 m、152 m，北側為已回采完畢的1603采面采空區，南側為圈定的1608采面（實體煤）。1605綜采工作面開采的6號煤層埋深620 m，煤厚3.1 m，傾角10°，具體6號煤層頂底板巖性參數見表1。

表1 6號煤層頂底板巖性

1.2 沿空留巷支護情況

1605綜采工作面回風巷采用沿空留巷形式布置，巷道采用切頂卸壓+錨網索聯合支護形式對圍巖進行控制，具體支護斷面見圖1所示。

圖1 留巷巷道支護設計圖（單位：mm）

在巷道留巷過程中，由于巷道圍巖受采用影響顯著，為降低動壓對巷道圍巖造成的影響，留巷滯后段選用單體支柱+π型梁組成“一梁四柱”支護形式對圍巖進行控制。在采面后方留巷幫擋矸支護選用“鋼筋網+金屬網+U型鋼（可伸縮）+槽鋼拉桿”方式。由于留巷巷道在采面前方受到采動壓力影響明顯，部分單體支柱+π型梁組成“一梁四柱”支護給頂板錨桿（錨索）支護體系造成顯著影響，導致頂板變形量較大。現場統計發現在超前支護段錨桿、錨索損壞率分別為53.6%、47.5%。為了降低單體超前支護對原有支護體系影響，礦井決定選用注漿錨索進行超前支護。

2 注漿錨索在回采巷道超前支護中應用

2.1 注漿錨索施工方案

2.1.1 施工參數

在1605綜采工作面回風巷采用注漿錨索進行超前支護，以便取消單體支柱支護。根據6煤頂底板巖性（表1）可知，采面直接頂、基本頂分別為4.7 m砂質泥巖、7.6 m細粒砂巖。注漿錨索的錨固端應在處于堅硬的穩定巖層中，因此，將注漿錨索長度設計為7.6 m。

在采面回風巷超前支護段選用規格為Φ22mm×7 600 mm注漿錨索（中空）對頂板進行補強支護。由于該回風巷為沿空留巷巷道，若僅在靠近上幫頂板位置布置一排注漿錨索時，當采空區頂板垮落后有可能會造成頂板錨索失效，因此為了提升頂板支護強度確保頂板巖層穩定，決定在頂板布置2排注漿錨索，一排與上幫間距200 mm、一排與下幫間距1 200 m，2排注漿錨索布置呈“三花眼”狀，間距均為1 600 mm。注漿錨索施工完畢后將張拉力提升至16 MPa，注漿后立即將張拉力提升至40 MPa。

2.1.2 施工步驟

在施工注漿錨索段應提前鋪設好壓風、壓水管路，并將鉆機、注漿錨索、錨固劑等設備材料布置到指定地點。注漿錨索施工步驟：

1）先在巷道頂板指定位置鉆進錨索眼、對錨索進行錨固并安裝直漿塞，隨后再安裝錨索托盤及錨具，進行初次張拉。

2）每個注漿錨索均采用2支錨固劑錨固，注漿錨索超前采面支護距離控制在30 m以上。

3）初次張拉將張拉力提升至16 MPa后，對鉆孔進行注漿，注漿完成后立即對錨索進行二次張拉，將張拉力提升至40 MPa。

4）當頂板巖層較為穩定時可選用先施工注漿錨索后集中注漿方式提高施工效率，但當頂板較破碎或頂板壓力較大時應采在注漿錨索施工完畢后立即注漿加固。當注漿錨索施工點位置有鋼筋梯、錨桿等影響可適當調整施工位置并應確保調整距離在500 mm以內。

2.2 注漿參數

1）注漿時機。注漿時機根據1605回風巷頂板巖層巖性及變形監測結果確定，當頂板變形無異常時可在超前采面30～50 m位置開始布置注漿錨索。

2）注漿材料。現階段煤礦井下注漿材料一般選用有機材料、無機材料兩大類，其中有機材料一般用于快速封堵、防治水等，無機材料（以硅酸鹽水泥為代表）一般用以圍巖加固、裂隙封堵等。在1605回風巷注漿時選用無機材料作為注漿材料。無機材料中不同添加劑、水灰比配備得到的材料黏度、流動性存在明顯差異。根據以往注漿材料為普通硅酸鹽水泥+添加劑（水泥分散劑），具體水灰質量比為0.7∶1，添加劑添加量為水泥用量的10%。

3）注漿壓力。根據以往注漿經驗，將注漿壓力確定為4 MPa，并根據注漿結果適當對注漿壓力進行調整。

3 支護效果分析

采用鉆孔窺視以及圍巖變形監測方法對注漿錨索超前支護效果進行分析。

3.1 鉆孔窺視

在注漿錨索超前支護段布置3個窺視鉆孔對注漿加固效果進行窺視，具體部分窺視鉆孔成果圖見圖2。

圖2 鉆孔窺視圖像

從圖中看出，通過注漿錨索超前注漿加固后，巷道頂板上覆巖層中的裂隙得以被充填，在窺視鉆孔周邊可清晰看到水泥漿充填痕跡。注漿后漿液在覆巖裂隙中均勻擴散，采用注漿錨索可顯著提升巷道頂板巖層穩定性及承載能力。

3.2 圍巖變形監測

待注漿錨索施工完畢后逐漸降低原支護強度，具體為：將超前采面前方20 m以外單體支柱間距由700 mm±100 mm提升至1 400 mm±100 mm，通過1個月監測發現頂板下沉量在8 mm以內；隨后將采面20 m超前支護段的液壓支架改為間距1 400 mm±100 mm單體支護，并監測到頂板下沉量在15 mm左右，圍巖整體保持穩定。為了確保巷道圍巖穩定，在巷道超前支護段中部留設一排單體作為信號柱監測頂板變形情況。

在1605回風巷采用注漿錨索代替原有的超前支護方式對巷道圍巖進行控制，在采面回采期間及后期留巷期間回風巷圍巖變形均在安全范圍內，可確保采面回采及巷道使用安全。

4 結論

1）采用注漿錨索對采面回采巷道注漿加固后，巷道頂板巖層穩定性及承載能力均得以改善，可提升巷道原有支護提升圍巖控制能力。

2）現場應用后，巷道在采面回采期間頂板下沉量最大為15 mm，在采面后方最大下沉量為156 mm，頂板巖層控制效果明顯。