中空錨索注漿加固技術在2-107 工作面超前支護的應用

韓 偉 趙 奇

（1.山西霍寶干河煤礦有限公司，山西 霍州 031400；2.中國煤炭學會，北京 100013）

1 工程概況

干河煤礦2-107 工作面是一L 型工作面，工作面兩順槽掘寬5.0 m，高3.8 m，屬于大斷面巷道。如果工作面兩巷超前支護采用傳統的單體柱+π 型鋼超前支護形式，不但超前支護強度低，而且支護工作難度大，工人勞動強度極高，必將限制工作面的回采速度。為此，干河煤礦在2-107 工作面采用中空注漿錨索加固超前支護新技術[1-4]，設計了技術方案，并進行了工業試驗和礦壓監測。

2 巷道控制理論基礎

2.1 動壓巷道穩定控制方法

（1）提高巷道圍巖的強度。主要有三種方法：① 提高支護阻力；② 錨桿（錨索）加固；③ 注漿加固。

（2）充分調動圍巖的承載能力。主要有兩方面：① 二次支護，一次支護主要是通過加固圍巖從而提高其殘余強度，二次支護則以變形的形式釋放圍巖應力；② 調動巷道深部圍巖強度，巷道淺部圍巖強度低，通過錨索錨入深部圍巖后，通過改善圍巖的力學性能和應力狀況，從而有效地控制圍巖變形。

2.2 中空錨索注漿加固機理

中空注漿錨索結構如圖1，其主要技術參數見表1。

圖1 中空注漿錨索結構

表1 中空注漿錨索主要技術參數

中空注漿錨索支護加固機理：（1） 形成多層組合拱結構支護體系；（2） 耐候性水侵；（3） 提高支護體-圍巖的整體承載力；（4） 提高支護結構的整體強度和平衡性；（5） 支承體受力平衡，避免應力集中；（6）機械與物理雙重加固。

3 方案設計及支護強度校核

3.1 支護參數選擇

（1）錨索型號。選用SKZ22-1/1860 型中空注漿錨索，其技術參數見表1。

（2）錨索長度。2#煤層頂板15.6 m 處存在厚度1.7 m 的K8 細粒砂巖，雖然巖層強度較高，利于錨固，但距離巷道頂板太遠，不適合選擇在此層位錨固。根據綜合柱狀圖和實際鉆孔窺視頂板巖層層位巖性證實，2#煤層上部6.5 m 處存在厚度1.2 m的細砂巖，強度相對較高。基于此，選擇錨索長度L=7300 mm，錨固深度7000 mm，外露300 mm。

（3）錨索布置。根據兩巷原支護參數，超前注漿錨索呈“二·二”型布置。2-107B1 巷錨索間距2400 mm，排距1800 mm；2-107B2 巷錨索間距2400 mm，排距1600 mm。

注漿錨索布置如圖2、圖3 所示。

圖2 2-107B1 巷超前支護圖

圖3 2-107B2 巷超前支護圖

（4）錨索托盤、錨固劑、預緊力、注漿漿液選擇。

① 托盤。原支護使用了W 鋼帶，護頂面積滿足要求，故注漿錨索不加“梁“或“帶”，選用高強錳鋼鼓型托盤，其規格為300 mm×300 mm×14 mm。

② 錨固劑?？紤]錨索出漿孔位置，每孔用1 條Z2360 和2 條CKb2340 型樹脂錨固劑。

③ 注漿漿液。采用水泥物理漿液，水泥采用PO.42.5 普通硅酸鹽水泥，水灰比0.6～1.0。

④ 錨索預緊力。錨索預緊力設計為150 kN。

3.2 支護強度校核

通過對2-107 臨近工作面礦壓監測，超前動載系數為3.5 左右。

根據自然平衡拱理論，巷道在靜壓時頂板載荷：

巷道在動壓時載荷：（實測動載系數3.5，為安全起見，動載系數取4）

每米巷道頂板總壓力：

原支護錨索每米承受載荷（其工作效率按85%計）：

中空錨索支護每米巷道承載的頂板壓力：

由以上計算可以看出，2-107B1 巷需要增加中空錨索支護，而2-107B2 巷道原支護強度已經滿足超前支護的要求，無需再補打中空注漿錨索。所以，只對2-107B1 巷支護參數進行強度校核如下。

中空注漿錨索工作效率按85%計，則每米巷道需要注漿錨索數為：

設計方案中，支護密度為：

N2-107B1設計一=2/（2×0.9）=1.11 根/m

N設計一＞N注，k=N設計一/N注=1.11/0.49=2.3 ＞2，安全系數大于2，支護強度滿足要求。

3.3 工業性試驗及超前支護效果評價

工業性試驗由2-107B 面開始實施，于2-107B切巷前設置礦壓監測站，觀測了注漿錨索錨固力和巷道表面位移隨工作面開采推進的變化規律。通過觀測和數據處理，獲得各觀測值隨工作面推進距離變化曲線如圖4、圖5。

圖4 巷道表面收斂量變化曲線

圖5 錨索錨固力變化曲線

從以上礦壓監測結果可知，巷道兩幫收斂和頂底板移動量不大，中空注漿錨索錨固力僅達到額定錨固力的70%左右，安全系數足夠。工業性試驗證明，設計方案安全可行。

4 結論

（1）與傳統的單體支柱+π 型鋼超前支護技術相比較，中空注漿錨索加固超前支護技術具有主動支護強度高，工藝簡單，勞動強度低等優點。對于工作面兩巷斷面大，采用傳統的單體支柱+π 型超前支護難度大的情況下，選用中空注漿錨索加固超前支護新技術更具有針對性和實用性。

（2）在設計超前支護參數時，即要考慮到原支護體的支護能力，還要顧及動載系數和中空注漿錨索的額定錨固力，并通過留有安全系數進行支護強度校核來確定。注漿質量對巷道頂板整體性提高和錨固增錨效果影響很大，應注重注漿質量這一工藝環節。

（3）干河煤礦采用中空注漿錨索加固超前支護技術設計方案的工業性試驗及成功應用，是對傳統的超前支護技術的改革，大大地降低了超前支護的勞動強度，改善了超前巷道的環境，促進了工作面的高效安全開采。