注漿錨桿在掘進巷道過斷層中的應用

衛 偉

（晉能控股集團山西科學技術研究院科學技術研究有限公司， 山西 太原 030006）

1 四明山煤礦9106-1 運輸順槽工作面概況

晉能控股煤業集團四明山煤礦9106-1 運輸順槽位于采區西部北部第一個采面，南部采區回風巷，西部為北善村邊界保安煤柱，北部為井田邊界保安煤柱。

9106-1 運輸順槽為矩形斷面，巷道凈寬4.8 m（毛寬5.0 m）、凈高2.5 m（毛高2.6 m），凈斷面12 m2（毛斷面13 m2）。巷道掘進9 號煤層，煤層厚度為1.40～1.79 m，平均1.51 m，屬中厚煤層，為結構簡單的穩定大部可采煤層；9106-1 運輸順槽頂板多為細粒砂巖或石灰巖，底板為砂質泥巖或K4 石灰巖。

9106-1 運輸順槽采用綜合機械化掘進工藝，掘進期間通過EBZ-200 型掘進機割煤、裝煤（矸），把煤（矸）運送至9106-1 運輸順槽DSJ800/40/2×75 膠帶輸送機上，然后把煤（矸）運送至南翼膠帶下山膠帶輸送機上，運送至煤倉，經集中膠帶巷膠帶輸送機運至溜煤眼處，再經主斜井膠帶輸送機運至地面。

截止目前9106-1 運輸順槽已掘進470 m，巷道掘進至460 m 處位于巷道進向左幫揭露一條正斷層，斷層落差為1.4 m，傾角為52°，隨著巷道繼續掘進，巷道掘進至465 m 處位于巷道進向右幫完全揭露斷層；由于受斷層影響，巷道在揭露斷層后，巷道頂板開始出現破碎現象，原頂板采用錨桿（索）以及架棚支護失效現象嚴重，支護失效率達14%[1]。

2 原頂板支護設計及存在問題分析

2.1 原頂板支護設計

1）9106-1 運輸順槽頂板采用MSGLW-400 型螺紋鋼錨桿支護，錨桿長度為2.0 m、直徑為22 mm，巷道頂板每排布置5 根錨桿，錨桿布置間距為1.0 m，布置排距為1.0 m，每根錨桿采用一支錨固劑進行錨固，錨桿預緊力為300 N·m。

2）錨索排距3.0 m，每排打設2 根錨索，間距1.8 m，距頂角1.7 m（2-0-0-2 布置）；錨索直徑17.8 mm，長度4.3 m。錨索托盤采用300 mm×300 mm×16 mm的高強度拱形托盤，配套使用調心球墊，要求托盤承載力大于353 kN。

3）頂板采用8 號鉛絲編制的棱形金屬網進行護表，每卷金屬網長度為6.3 m、寬度為1.2 m，相鄰兩卷金屬網搭接寬度為0.2 m，金屬網通過鋼帶、墊片固定在巷道頂板上。

4）為了提高頂板穩定性，巷道揭露斷層后采取架設密集工字鋼棚進行加強支護，工字鋼棚架設間距為1.0 m，鋼棚主要由頂梁、棚腿、底座組成，頂梁及棚腿主要采用11 號工字鋼梁焊制而成。

2.2 原支護存在的問題

1）支護強度低：原頂板采用錨桿（索）支護時，主要通過錨固劑進行錨固，但是當巷道進入斷層區后，受斷層應力影響頂板巖體出現嚴重破碎現象，導致頂板巖體內出現裂隙，錨桿（索）錨固效果差。

2）應力區破壞嚴重：巷道過斷層期間受斷層剪應力作用，導致應力區頂板持續受構造應力垂直破壞，導致頂板整體承載能力降低，不僅對原頂板支護產生持續破壞作用，而且對兩幫巖體產生破壞；而原巷道架設工字鋼棚時，該支護屬于被動支護，在應力破壞前無法對頂板主動產生支護作用，導致鋼棚支護時出現嚴重變形現象。

3 注漿錨桿支護應用

3.1 支護結構

9106-1 運輸順槽斷層區頂板采用的注漿錨桿長度為3.5 m、直徑為35 mm，采用無縫鋼管焊制而成，中部孔直徑為20 mm，注漿錨桿底部為銷尖狀，且為封閉狀態，端部為絲扣狀，絲扣長度為0.2 m，注漿錨桿從底部往端部1.5 m 范圍內，錨桿四周均勻布置三排注漿花孔，每排布置5 個，花孔直徑為10 mm，孔間距為0.3 m[2]。

3.2 注漿設備

1）采用雙液注漿泵進行注漿，注漿泵型號為2ZBQ50/6 型，注漿泵排量為50 m3/h，注漿壓力為6 MPa，注漿泵分別與注漿桶、注漿管路、清水桶、控制閥門、混合器、壓力表進行連接，如圖1 所示。

圖1 注漿設備布置示意圖

2）注漿液采用馬麗散有機化學材料，馬麗散礦用煤巖體加固材料是一種雙液型高分子注漿產品，由樹脂和催化劑組成，該產品施工通過一臺氣動注漿泵和一支攪拌注射槍以1∶1 的體積比攪拌混合注射到煤巖體中，低黏度混合物可快速滲透煤巖體微細裂隙，膨脹固化生成高強度，高韌性的高分子聚合材料，該材料黏結力強，機械性能高，提高了煤巖體的整體強度，適用于礦下破碎煤巖體的注漿加固[3-7]。

3.3 支護工藝

1）首先采用液壓鉆機配合六棱鉆桿以及直徑為40 mm 合金鋼鉆頭進行注漿錨桿支護孔施工，每排布置3 個注漿錨桿支護孔，孔間距為2.0 m，中部支護孔與頂板垂直布置，兩側支護孔與兩幫夾角為75°，支護孔深度為3.8 m、直徑為40 mm，支護孔布置排距為3.0 m。

2）支護孔施工完后對孔內安裝注漿錨桿，為確保注漿錨桿穩固在巖體內，每根注漿錨桿采用一支MSK23/35 型錨固劑進行錨固。

3）注漿錨桿錨固后對錨桿中部孔內填裝一根直徑為18 mm注漿軟管，軟管深入錨桿內部長度為3.0 m，注漿軟管安裝后對注漿錨桿端部采用止漿塞進行封堵。

4）將注漿軟管與注漿泵進行連接，然后開啟注漿泵進行注漿施工，在注漿過程中控制好注漿壓力，注漿完成后及時拔出注漿軟管，當同一排注漿錨桿注漿施工后，在錨桿外露端安裝一根長度為4.2 m“JW”型鋼帶并對其進行預緊。

4 結論

截止2020 年12 月7 日9106-1 運輸順槽已掘進到位，通過對斷層區支護優化采取注漿錨桿支護后，有效提高頂板穩定性，通過對頂板注漿圍巖進行單軸抗壓實驗發現，注漿區圍巖單軸抗壓強度提高至42 MPa，頂板裂隙帶范圍得到了有效控制，與傳統錨桿（索）支護相比，注漿錨桿支護具有以下優點：

1）支護工序簡單：9106-1 運輸順槽應力區頂板采用注漿錨桿支護后，巷道內無需進行架棚支護，簡化了巷道支護工序，同時與架棚支護相比，注漿錨桿支護時只需3 人施工即可，而架棚支護需5~7 人施工，有效減少了勞動作業強度。

2）降低了支護成本費用：9106-1 運輸順槽采用原頂板錨桿（索）、矩形鋼棚支護時，每米支護成本費用為0.42 萬元，而采用注漿錨桿支護后減少了頂板支護數量，每米頂板支護費用降低為0.22 萬元，大大節約了支護成本費用。