干河煤礦軟巖煤巷錨注支護技術應用

賈志飛

（山西霍寶干河煤礦有限公司，山西 臨汾 041602）

1 工程背景

干河礦三采區輔助運輸巷設計長度1 700 m，設計巷道坡度0°～8°，平均為4°，巷道沿煤層頂板掘進，平均埋深520 m。煤層厚度為3.8 m，直接頂為4.96 m 厚的砂質泥巖，抗壓強度35 MPa；基本頂為3.12 m 厚的中粒砂巖，抗壓強度83 MPa。由于直接頂強度較低，巖性較差，受鄰近工作面采動影響極易發生離層及變形破壞，巷道變形顯著[1]。

三采區輔助運輸巷原支護參數為：頂部選用Φ22 mm×2 500 mm 錨桿，幫部選用Φ20 mm×2 000 mm 錨桿，錨桿間排距為0.8 m×0.8 m，原支護方式見圖1。

圖1 三采區輔助運輸巷原支護布置

2 原錨噴支護失效原因分析

2.1 巷道變形情況分析

三采區輔助運輸巷按照原支護參數施工200 m后，發現巷道圍巖發生顯著變形，支護效果不佳。由于巷道頂板圍巖為泥巖，較為破碎且承載能力差，在采動等應力環境復雜條件下易發生顯著變形，影響行人運料，進而影響礦井生產。通過對現場資料的分析總結，認為圍巖破壞特征如下：

（1）變形顯著。巷道掘成后七天內，變形速率均值可達8～11 mm/d，峰值可達121 mm/d，觀測得到的頂底板移近量達0.9～1.8 m，兩幫收斂量達0.9～1.6 m。

（2）長時持續變形。基于對觀測數據的分析研究，發現巷道掘成后需經歷35～62 d才能達到穩定狀態，圍巖條件較差時變形周期甚至長達6～7 個月。

2.2 支護體變形控制失效機理分析

由于深部巷道圍巖所受的原應力較大，長時高應力環境作用下巖石將發生塑性蠕變，影響圍巖承載性能，進而誘發巷道整體結構失穩[2]。由于采區巷道服務周期較長，對于圍巖的承載性能及支護構件的承載性能要求較高；同時部分礦井工作面的規劃布置未能在采掘活動影響區域內，圍巖承載及支護體系將面臨更艱巨的考驗。

對于圍巖不太破碎，仍保持較好結構完整的巷道，可選用錨桿支護作為控制手段以控制巷道變形[3]。但錨桿在破碎圍巖條件控制效果較差，經常難以展現錨固力作用，當圍巖變形顯著時會出現錨固力失效現象。由此可得出錨固力是影響支護系統圍巖控制效果的關鍵因素之一，破碎圍巖條件下部分錨桿的失效會引發連鎖反應，最終引起支護系統的失效，不能達到預期的圍巖控制效果。

因為原設計中巷道底板及兩幫底角未進行補強加固，當工作面回采至采區巷道附近時，在采動應力場作用下，巷道圍巖發生塑性破壞，錨桿在高應力作用下損壞，支護系統失效。

3 錨注支護技術

3.1 錨注支護機理分析

基于對現場情況的分析研究，認為應從提高圍巖承載能力與支護體強度兩方面入手以控制高應力軟圍巷道的長時流變[4]。一方面提高圍巖的承載能力，通過形成承載結構降低支護系統的壓力，另一方面提高支護系統的強度，控制巷道圍巖表面形變，保持巷道圍巖結構完整，提高圍巖—支護體系統的穩定性。

考慮到三采區輔助運輸巷受采掘擾動影響，圍巖破碎，結構穩定性差，進行支護設計時應考慮兩點因素：①支護系統需具有足夠的剛度；②支護系統需滿足深部軟巖巷道長時流變特性要求，以實現控制圍巖變形的目的。

基于上述分析，提出了錨注支護系統：首先通過噴漿維持表面圍巖的完整性，避免進一步風化，同時為后期進行高強錨注做準備；其次通過注漿加固改善破碎巖體力學性能，提高承載能力；最終通過錨桿支護系統控制圍巖的長時流變，保障巷道服務期間的安全。

錨注支護技術從本質上來說，是從圍巖改性優化、卸壓及支護體系強化三方面入手以控制巷道圍巖變形。首先通過初噴封閉巷道表面破碎圍巖，避免圍巖進一步風化，同時為注漿做準備。然后通過普通錨桿和注漿錨桿的配合，一方面對圍巖注漿改性提升圍巖承載性能；另一方面形成高強度支護系統，控制圍巖變形；通時施工卸壓槽將壓力向深部圍巖釋放；最終，通過二次復噴形成“圍巖承載結構—支護體”圍巖變形控制系統。該支護技術特別適用于圍巖條件較差且應力環境復雜的巷道大變形控制，通過注漿改性、卸壓及支護強化三方面入手，優化巷道支護方案，對于采區大巷等具有長時流變圍巖特點巷道的支護較為適用。

當巷道圍巖為泥巖時，可在巷道底角開挖卸壓槽，不僅能向深部圍巖卸壓，同時有利于注漿裂隙的發育。由于一開始提出的支護方案是基于理論分析及經驗類比得到的，現場條件復雜，方案適用性可能有待優化。因此需基于現場使用情況，及時動態調整技術參數。當圍巖條件較差時可適當增加錨桿支護密度，從而保證支護系統對圍巖變形的有效控制。

3.2 錨注支護參數設計

結合現場情況提出了錨注支護設計，并設置了140 m 試驗段進行工業性試驗以驗證支護參數的合理性。巷道尺寸參數為寬4.4 m，高為3.5 m；共進行兩次噴漿護表，初噴厚度為55～75 mm，復噴厚度要求達到80～110 mm；錨桿間排距設計為600 mm×600 mm，注漿錨桿間排距為1 500 mm×1 500 mm；卸壓槽的幾何尺寸為寬800 mm，深600 mm，支護設計見圖2。

圖2 注漿錨桿錨注支護設計巷道斷面

3.3 錨注支護工藝流程

（1）巷道掘成后立即進行噴漿護表，要求噴漿的厚度達到55～75 mm。

（2）噴漿后3 h需施工完成卸壓槽，先打普通錨桿，然后打注漿錨桿。

（3）施工完注漿錨桿后進行復噴。

（4）復噴結束后，按照步驟1～步驟3 繼續對前方巷道進行支護。

3.4 應用效果分析

為檢驗錨注支護技術應用效果，現場對巷道圍巖變形情況進行檢測，數據統計見圖3。

圖3 巷道表面位移變化曲線

通過對數據分析可以得出，經過實施錨注支護技術，巷道變形量在可控范圍內，仍保持較大巷道斷面，整體穩定性較好，現場行人運料通暢。最終，巷道兩幫移近量達95 mm，頂板下沉量達81 mm，底鼓量達18 mm，表明錨注支護圍巖控制效果良好。

4 結語

1）為解決干河礦三采區輔助運輸巷變形嚴重問題，保障服務期間巷道的通暢及頂板安全，提出采取錨注措施對頂板進行支護。

2）現場應用證明，通過錨注支護技術強化了圍巖的力學性能，提高了圍巖的承載能力，實現了巷道圍巖整體結構穩定。