店坪煤礦受采動影響下的回采巷道錨注支護研究

張 健

（霍州煤電集團呂梁山煤電公司方山店坪煤礦，山西 方山 033199）

針對井下回采巷道圍巖破碎、不易控制的難題，錨注支護技術顯得優勢明顯且技術愈發成熟[1-5]。本文以店坪煤礦綜采工作面9-2052 回采巷道為研究背景。該巷道在掘進過程中出現巷道掘出后頂板下沉速度快、頂底板變形嚴重的巷道失穩現象，考慮到該巷為日后受采動影響的巷道，回采作業必定會加劇其變形破壞的風險。因此，綜合現場實測以及支護優化分析，對該礦9-2052 回采巷試驗段巷道采用了錨注支護的技術，并采用鉆孔窺視及定量監測的方法分別分析了注漿錨桿索漿液擴散情況及錨注支護后的巷道圍巖表面變形情況。實測結果均體現出錨注優化支護對巷道圍巖的良好控制效果。

1 工程概況

1.1 巷道概況

店坪煤礦9-2052 回采巷道掘進工作面位于830m 水平南翼，工作面標高+798m～ +832m，東與830m 水平南翼軌道巷相通，西至井田邊界，南為實體煤，北與9-2072 巷相鄰（間隔251m）。9#煤上部主要可采煤層為5#煤層，工作面上部對應5#煤為實體煤。該巷道主要擔負著9-205 回采工作面的運輸、回風、行人等任務，同時留巷為9-203 回采工作面服務。

9-2052 巷設計全長1386m，設計斷面為矩形，寬5200mm，高3200mm，凈斷面15.5m2。巷道采用錨網梁、錨索聯合支護形式。頂錨桿和左幫錨桿采用Ф20×2000mm 左旋螺紋高強錨桿，右幫錨桿采用Ф16×1500mm 普通圓鋼樹脂錨桿。頂錨桿間排距980×1000mm，幫錨桿間排距1150×1000mm。頂錨索采用Ф18.9×6200mm 鋼絞線“3-2”布置，3 根錨索時間距為1300mm，距幫1300mm，2 根錨索時間距1800mm，距幫1700mm，排距3000mm。如圖1 所示。

圖1 巷道支護斷面圖

1.2 煤層概況

9-2052 工作面揭露9#煤層，煤層厚度2.6～3.2m，均厚2.9m，煤層傾角1～5°，屬于近水平煤層。工作面范圍內煤層、煤體結構較穩定，含有兩到三層夾矸，夾矸多為砂質泥巖，厚度為0.2～0.45m，煤層層理發育程度為中等發育，節理發育程度明顯。煤層頂板為砂巖，底板為砂質泥巖。煤（巖）層賦存特征見表1。

表1 頂底板煤巖賦存特征表

2 巷道變形特征

由于巷道頂底板巖性松軟、圍巖應力高等特點，9-2052 回采巷道在現有支護條件下出現頂板破碎甚至冒頂、幫部片落等圍巖不穩定現象，如圖2 所示。9-2052 巷不僅要服務于9-2052 回采工作面的運輸、回風、行人等任務，同時要留巷作為9-203 的回采巷道，因此，受高強度采動影響，該巷道圍巖破壞更加嚴重，必須采取合理有效的方式控制圍巖變形破壞。

圖2 巷道變形特征

9-2052 巷出現的不穩定特征：

（1）頂板下沉速率快，頂板淺部較破碎。巷道頂板為砂質泥巖，巷道在掘進過程中，頂板淺部較為破碎，且頂板掘出后沉降速度較快，曾發生局部范圍冒頂的現象。現場為控制頂板采取了工字鋼支架加強支護的措施。

（2）巷道底板底鼓現象嚴重。由于巷道直接底為砂質泥巖，巷道底板底鼓量也較大，局部底鼓嚴重處可達1.5m 以上。

3 錨注支護研究

錨注支護技術將錨桿支護與注漿手段合理地結合起來，對巷道淺部破碎變形以及煤巖層內結構節理、層理、裂隙發育均具有良好的控制效果。本次優化設計采用新型厚壁熱軋中空注漿錨桿與新型中空注漿錨索作為錨注支護材料，采用內錨外注的方式對巷道圍巖實施高強度錨注。其中，注漿作業滯后巷道正常掘錨作業10 ～20m 后進行施工，注漿過程中保持注漿壓力5MPa，且要嚴格遵守先注兩幫錨桿、再注頂板錨桿索的注漿順序。注漿錨桿索具體支護參數如下：

（1）錨桿優化

應用Ф22×2400mm 中空注漿錨桿配合120mm×120mm×10mm 拱形鋼托盤支護頂板，頂錨桿間排距仍為980×1000mm，但需調整邊角錨桿安裝角度為向外偏15°，注漿錨桿鉆孔直徑為32mm。

應用Ф22×2400mm 中空注漿錨桿配合120mm×120mm×10mm 拱形鋼托盤支護兩幫，幫錨桿間排距仍為1150×1000mm，但需調整幫錨桿安裝角度。其中，頂角錨桿與水平線呈15°向上，底角錨桿與水平線呈15°向下。注漿錨桿鉆孔直徑為32mm。

（2）錨索優化

應用Ф22×7000mm 中空注漿錨索配合300mm×300mm×20mm 鋼托盤支護巷道頂板，注漿錨索位置選取在巷道原支護方案中單排2 根錨索的布置位置，即替代原先支護方案中的單排2 根錨索。注漿錨索鉆孔直徑為32mm。

（3）金屬網優化

應用菱形金屬網配合錨桿索支護巷道頂板及兩幫，金屬網規格為2800mm×1000mm（長×寬），網孔規格為40mm×40mm。

4 工程應用分析

在9-2052 回采巷道試驗段巷道采用以上錨注優化支護后，通過監測該試驗段巷道圍巖變形位移情況、錨桿索受力情況以及注漿漿液擴散情況，驗證錨注支護對巷道圍巖的實際控制效果。

（1）鉆孔窺視分析

在試驗段巷道選取頂板較完整處進行打孔窺視頂板巖層裂隙發育情況及注漿錨索漿液擴散情況。共布置3 組窺視鉆孔，3 組鉆孔沿巷道軸向分別間距6000mm，位置位于注漿錨索附近，鉆孔直徑32mm，鉆孔深度7m。部分窺視效果如圖3 所示。

圖3 頂板鉆孔窺視圖

由圖3 可見，巷道頂板注漿范圍內巖層結構基本完整，未見明顯裂隙、節理發育情況。注漿錨索施工后，漿液擴散較為均勻，基本能夠擴散滲入至原生裂隙處，對頂板各巖層起到了較好的粘合作用，對整塊頂板起到了比較明顯的增加強度和加大結構完整性的作用，整體注漿效果可觀。

（2）圍巖變形量監測

在試驗段巷道設立圍巖表面變形監測測站，利用頂板離層儀等測量工具，實現巷道頂板、幫部的位移量變化實時監測。如圖4（a）為試驗段巷道頂板離層情況監測曲線，圖4（b）為圍巖表面變形量監測曲線。

圖4 圍巖位移變形情況監測曲線圖

由圖4 監測結果可見，9-2052 試驗段巷道圍巖內部離層及圍巖表面變形情況整體較為合理。其中，據頂板離層儀監測顯示結果得知，頂板內巖層離層在監測前20d 期間內變化明顯，在20d 以后離層量變化不再明顯，監測40d 時，頂板淺部累積離層量為16.2mm，深部累積離層量為10.9mm。而據圍巖表面變形量監測結果得知，試驗段巷道頂底板收斂量在監測前10d 內增長較明顯，10d 以后基本維持平穩，監測60d 時頂底板累積移進量為46mm。巷道幫部變形量在監測前10d 內增長快速，10 ～40d內呈現緩慢增長狀態，40d 以后基本趨于穩定，監測60d 時兩幫累積收斂量為100mm。

以上監測結果整體表明，試驗段巷道采用優化錨注支護技術后，巷道頂板及兩幫能夠保持基本穩定，圍巖整體表面及頂板內部變形量均能夠控制在合理范圍內，較原先巷道有著明顯的支護改進效果。

5 結論

（1）9-2052 回采巷變形特征主要體現為：頂板下沉速度快，頂板淺部破碎，底板底鼓變形量大。

（2）針對9-2052 回采巷變形特征，對其試驗段巷道實施錨注支護技術，包括支護參數優化與錨桿索注漿工藝技術應用。

（3）試驗段巷道圍巖表面變形量較小，巷道掘出后，頂底板最大累積收斂量為46mm，兩幫最大累積收斂量為100mm。同時，試驗段巷道頂板完整程度較好。