中空注漿錨索在綜采工作面超前支護中的應用研究

許小永

（山西汾西礦業(yè)集團雙柳煤礦，山西 柳林 033300）

1 中空注漿錨索的應用背景

當前，我國常用的超前支護形式為單體支柱配合鉸接頂梁和超前液壓支架。但是，《煤礦安全規(guī)程》第九十七條沒有明確指出采用何種形式在超前支護段予以加強支護，只要能夠滿足回采巷道超前段支護強度要求，就可以在當前已有的支護技術內選擇適合的超前支護形式。基于此，雙柳煤礦23（4）11材巷超前支護段提出采用超前注漿錨索加強支護替代單體支柱支護形式。該支護方式較傳統(tǒng)的單體液壓支柱或超前液壓支架超前支護形式，可大幅降低勞動強度，提高機械化程度，提高施工效率，減少支護成本。注漿錨索支護由被動支護變?yōu)橹鲃又ёo，能發(fā)揮主動支護的優(yōu)勢，提高支護強度。

2 工作面地質概況

雙柳井田位于河東煤田中段，行政區(qū)劃屬柳林縣管轄，礦井設計生產(chǎn)能力300萬t/年，23（4）11工作面位于二采區(qū)南翼，東鄰23（4）09工作面，正在掘進，西鄰23（4）13工作面已回采完畢，北面為二采區(qū)回風巷，切割巷以南約97 m為F1聚財塔大斷層。煤層頂板情況見表1。

表1 煤層頂板情況

3 作用機理

注漿錨索是一種新型支護方式，核心是注漿，關鍵是止?jié){。注漿錨索的原理是將錨索支護作用與注漿加固的作用結合起來，共同作用于巷道圍巖，不僅能從根本上保證錨索錨固的可靠性，而且漿液能夠滲透到鉆孔周圍較大范圍的巖體和裂隙中，使破碎的圍巖及周圍的煤巖體黏結固化，有效地提高圍巖自身強度和承載能力，從而大大改善巷道的支護效果。

4 研究內容

4.1 巷道支護體系破壞規(guī)律及形式

對于動壓巷道支護，由于存在“三高與時間效應”，使得深部巷道圍巖的組織結構、基本行為特征和工程響應均發(fā)生了根本性的變化，圍巖變形量與支護體系組合特征有著密切關系。通過開展巷道圍巖裂隙發(fā)育和變形破壞路徑研究，揭示軟弱巖體在外載荷作用下變形破壞形態(tài)和支護構件失效機理，獲得23（4）11材巷圍巖裂隙發(fā)展演化規(guī)律和巷道變形發(fā)展路徑，為提高支護系統(tǒng)性能提供參考依據(jù)，以便指導巷道支護體系的管控。

4.2 高強錨注支護在巷道支護體系中的適應性和支護參數(shù)合理性

通過對巷道圍巖變形特征監(jiān)測、支護體承載強度監(jiān)測、圍巖結構特征觀測，結合計算機數(shù)值模擬和理論分析，揭示巷道圍巖變形破壞機理和錨注加固機理，改進和優(yōu)化現(xiàn)有錨注支護材料結構和注漿材料性能，使其具有更廣泛的適用性，滿足巷道支護強度和施工需求。

4.3 制訂巷道高強錨注支護方案，開展工業(yè)性試驗

通過現(xiàn)場調研和理論分析進行全面系統(tǒng)的研究，制訂巷道高強錨注支護技術方案。通過現(xiàn)場觀測研究漿液濃度（水灰比）、注漿壓力、擴散半徑等注漿參數(shù)與支護效果之間的關系，確定合理的錨注加固技術參數(shù)和工藝工作，開展相關工業(yè)性試驗工作，并進行現(xiàn)場技術指導和培訓。從錨注加固支護材料、施工機具選取、施工流程及支護效果監(jiān)測等對整個施工工藝進行總結完善，以滿足現(xiàn)場施工需要。

4.4 經(jīng)濟技術效益對比分析

應用錨注一體化支護技術與現(xiàn)有的巷道支護體系進行經(jīng)濟技術對比，查看是否能達到減輕工人勞動強度、降低支護成本、增加巷道圍巖穩(wěn)定性的目的。

5 主要技術關鍵要點

5.1 圍巖變形破壞規(guī)律

巷道受高應力持續(xù)破壞作用，圍巖變形路徑和規(guī)律需要多途徑綜合觀測，以便于評價高強錨注前后圍巖變形破壞規(guī)律，指導巷道高強錨注支護工程科學、合理有效。

5.2 注漿材料的擴散性

注漿材料的擴散性沒有成熟的理論作為指導，也沒有好的監(jiān)測手段，實際錨注施工中只能通過表象進行判斷，因此注漿量及注漿情況較難掌握。基于此，必須將現(xiàn)場施工管理與以往經(jīng)驗結合起來。

5.3 錨注加固機理及合理的注漿時機

雖然目前國內關于注漿加固機理及時機的理論研究有很多，但工程實踐中只能通過觀測結果結合施工管理進行掌握，因此，合理時機的確定需要準確的觀測結果及合理的施工組織。

6 經(jīng)濟效益

1）直接降低巷道支護和維護總費用10%以上，改變雙柳煤礦長期以來超前支護單體支護配合金屬頂梁聯(lián)合支護的模式，逐步取消架棚加強支護，直接效益顯著。

2）提高了巷道支護的安全可靠性，保證了礦區(qū)經(jīng)濟效益的提高。

3）提高施工效率，減少施工工序，提高施工進度。高強錨注的支護工作與注漿工序是平行作業(yè)，互不影響，與錨網(wǎng)索支護施工進度相同，并減少了注漿加固后續(xù)的二次支護工序，大幅度提高了施工速度。

4）降低巷道支護成本，減少人力、物力的重復投入。高強錨注支護將錨桿支護與注漿加固結合為一體，減少了支護材料的消耗和機具的損耗，降低了巷道支護成本，避免在后續(xù)施工中對機具設備、注漿管等的損耗和重復投入。

7 推廣應用前景

我國煤礦地質條件日益復雜，巷道支護難度越來越大，高強錨注支護是傳統(tǒng)錨網(wǎng)索支護技術的一次變革。其為解決特殊、困難條件下巷道支護難題提供了非常有效的技術手段，推廣應用前景十分可觀。其主要應用范圍如下：替代傳統(tǒng)回采工作面超前支護采用架棚支護的方式，取代目前樹脂錨索用于巷道補強加固；用于全煤巷道底板超前加固；用于沿空留巷、沿空掘巷、大斷面巷道、切眼及交叉點的支護；用于高應力區(qū)大變形巷道支護與修復，也可用于非煤礦山巷道支護與修復、隧道工程及邊坡治理等工程。高強錨注支護的推廣前景十分廣闊。