破碎頂板巷道全錨注支護技術(shù)研究

劉俊明

（山西焦煤汾西礦業(yè)南關(guān)煤業(yè)，山西 靈石 031304）

引言

隨著礦井采掘深度的增加，開拓以及回采巷道支護難度逐漸增加，特別是巷道圍巖破碎時，確保巷道圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定成為確保煤炭高效安全回采的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一[1-2]。為此，眾多的科研學(xué)者對巷道支護技術(shù)展開研究，其中王連國等[3]針對破碎頂板巷道圍巖變形特征，提出采用以中空注漿錨桿為核心的錨注支護技術(shù)，通過注漿提升巷道圍巖穩(wěn)定性并使用錨桿提高圍巖承載能力，有效解決了深部高應(yīng)力軟巖巷道圍巖控制難題；黃慶顯等[4]對深部破碎巷道圍巖變形破壞機理進行分析，探索出了軟巖巷道圍巖控制體系，取得較好的圍巖控制效果。因此，根據(jù)以往研究成果基礎(chǔ)上[5-6]，以36031 巷道為工程背景，針對巷道頂板破碎問題，提出采用全錨注技術(shù)提升巷道圍巖承載能力以及穩(wěn)定性，有效控制了頂板破碎巷道圍巖變形，現(xiàn)場取得較好的應(yīng)用效果。

1 工程概況

山西某礦36031 巷為3601 綜采工作面運輸巷，采面設(shè)計走向推進距離為1 500 m，傾向長度150 m，所采的6 號煤層厚度4.5 m，傾角10～18°。36031 巷長度為1 530 m，斷面為矩形（寬×高=4.95 m×3.2 m），頂板巖層巖性以粉砂巖為主，底板以泥巖、粉砂巖為主，具體圍巖巖性參數(shù)見表1。

表1 巖性參數(shù)

36031 巷采用EBZ260 綜掘機掘進，月掘進進尺設(shè)計為350 m。受到區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造影響，36031 巷頂板巖性較為破碎，采取常規(guī)的錨網(wǎng)索支護方式可以存在圍巖變形量大問題，給巷道使用帶來一定的安全威脅。如巷道在405 m 位置，由于頂板存在一定淋水，導(dǎo)致巷道頂板出現(xiàn)冒落，頂板布置的金屬網(wǎng)破斷，最大冒落度達(dá)到1.5 m，給巷道的安全使用帶來明顯圍巖。為此，文中提出采全錨注技術(shù)對巷道圍巖進行控制。

2 全錨注技術(shù)

2.1 注漿系統(tǒng)

1）中空注漿錨索。文中提出采用高強度新型注漿錨索對圍巖進行控制，與傳統(tǒng)的注漿錨索相比具有強度更高、直徑更小以及注漿效果更顯著優(yōu)點，具體采取的錨索結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 中空注漿錨索結(jié)構(gòu)

采取的新型注漿錨索具有下述主要特點：采用的新型注漿錨索中部有注漿細(xì)管，錨索注漿孔逆向鉆孔開孔方向，從而降低注漿漿液中空氣摻入量；采用的樹脂錨固劑可在短時間即可將錨固端可靠的進行固定；注漿錨索施工完成后可與錨桿相互配備，形成結(jié)構(gòu)完整以及強度較高的承載單元，有效控制頂板破碎巷道圍巖變形；采用的新型錨索強度高，可有效縮小錨索桿體直徑。具體使用的新型中空注漿錨索技術(shù)參數(shù)如下頁表2 所示。

表2 注漿錨索技術(shù)參數(shù)

2）注漿錨桿。采取的注漿錨桿為厚壁螺紋鋼錨桿，具有強度高、便捷性以及可操作性強等優(yōu)點。具體采用的中空注漿錨桿技術(shù)參數(shù)為：錨桿桿體直徑25 mm、桿體延伸率18%、重量為3.0 kg/m，匹配的錨桿鉆孔孔徑為32 mm，錨固采取內(nèi)錨外注方式。

3）注漿漿液。注漿漿液為水泥單液漿，水灰質(zhì)量比為2∶1，在水泥漿中按照水泥用量的8%添加有無機添加劑。該水泥單液漿具備增強、微膨脹以及減水等功能，可有效提升水泥漿液黏結(jié)強度以及抗變形能力。

4）注漿設(shè)備。錨桿以及錨索鉆孔施工均采用架柱式錨桿鉆機施工，鉆孔孔徑均為32 mm。注漿采用體積小、質(zhì)量輕可以可靠性強等注漿泵，型號為ZBY1.8/12.0-11。在注漿時注漿錨索采用高壓注漿方式，注漿壓力確定在6MPa 左右；注漿錨桿采用低壓注漿方式，注漿壓力2 MPa。注漿壓力達(dá)到后保壓30 min。

2.2 支護設(shè)計

在36031 巷內(nèi)采用的全錨注支護技術(shù)支護斷面見圖2，錨桿規(guī)格為Φ25 mm×2 400 mm 并按照800 mm×800 mm 間排距布置，頂板布置8 根錨桿、巷幫各布置4 根；錨索規(guī)格為Φ22 mm×6 300 mm，錨索均靠近巷道左幫布置，間排距均為1 600 mm。

圖2 全錨注支護技術(shù)支護斷面（單位：mm）

3 圍巖控制效果

為了確定在36031 巷采取的全錨注支護技術(shù)現(xiàn)場應(yīng)用效果，對巷道頂板巖層離層情況以及圍巖變形量進行監(jiān)測。待巷道全錨注支護完成20 d 內(nèi)，頂板離層量相對較大，最大離層量達(dá)到8 mm；支護完成20～40 d 頂板離層量增加至10 mm 且離層基本穩(wěn)定，后續(xù)未再繼續(xù)增加。巷道表層圍巖變形中以巷幫收斂為主，變形量最大為32 mm；頂板下沉量控制在15 mm 以內(nèi)，由于巷道底板為相對堅硬的粉砂巖，在監(jiān)測期間未發(fā)現(xiàn)底鼓發(fā)生。

從36031 巷圍巖變形監(jiān)測結(jié)果看出，對于頂板破碎以及煤層松軟的巷道，采取全錨注技術(shù)可有效提升圍巖自身穩(wěn)定性以及承載能力，從而為巷道的正常使用創(chuàng)造良好條件。

4 結(jié)語

1）36031 巷圍巖控制中面臨的主要問題是頂板巖層破碎以及巷幫煤體強度較低，巷道若采取常規(guī)的錨網(wǎng)索支護方式則存在頂板下沉量大、巷幫收斂明顯問題，給巷道的正常使用帶來影響。

2）采用全錨注技術(shù)催破碎頂板巷道圍巖進行控制，并對錨索系統(tǒng)涉及到的注漿錨索、注漿錨桿、注漿設(shè)備以及注漿材料等探討，并根據(jù)36031 巷具體情況對注漿錨桿、注漿錨索布置情況進行設(shè)計。

3）現(xiàn)場應(yīng)用后，36031 巷頂板、巷幫變形量分別控制在15 mm、32 mm 以內(nèi)，取得較為顯著的圍巖控制效果。