松軟圍巖巖巷錨注加固技術研究

秦艷峰

（汾西礦業柳灣煤礦，山西 孝義 032300）

0 引言

隨著煤炭開采強度以及深度不斷增加，井下煤炭生產受地質構造、軟巖、地應力以及采動壓力等影響更趨明顯，導致巷道圍巖控制難度較高[1-3]。錨注技術可提高圍巖承載能力及整體穩定性，在軟巖、斷層破碎、高應力、高強支護以及沿空掘巷中應用較為普遍，同時眾多的學者及工程技術人員對錨注技術展開研究[4]。受煤層賦存條件惡劣影響，煤礦井下軟巖巷道占比較高，錨注技術有較好的應用前景[5-9]。山西某礦開采煤層為三軟煤層，煤層原始瓦斯含量高，為確保煤炭安全高效回采需布置底抽巷預抽煤層瓦斯，巷道為松軟破碎圍巖，巷道掘進期間面臨變形量大、支護困難問題，為此，文中提出采用錨注加固技術支護巷道圍巖，為后續使用創造良好條件。

1 工程概況

山西某礦32503 綜采工作面為32 采區第二個回采工作面，采用回采的5#煤層埋深均值560 m，厚度均值3.7 m、傾角2°～6°，煤質為發熱量高的優質無煙煤，瓦斯含量在10.5～13.9 m3/t，區域瓦斯治理采用底抽巷方式。32503 綜采工作面設計斜長120 m、推進長度890 m，在5#煤層底板下方15～20 m 灰巖內布置有32503 底抽巷，巷道設計掘進工程量為880 m，采用綜掘機掘進，斷面為直墻半圓拱型，巷道采用U型鋼+錨網索支護方式，具體支護斷面，如圖1 所示。32503 底抽巷掘進區域內地質條件較為復雜，圍巖存在不同程度淋水情況。

圖1 巷道支護斷面圖（單位：mm）

32503 底抽巷整個斷面布置13 根規格Φ20 mm×2 400 mm 螺紋鋼錨桿，錨桿排距均為1 000 mm，間距分別為900、700、600 mm；在拱頂布置3 根規格Φ17.8 mm×6 200 mm 錨索，錨索位于2 排錨桿間，間排距均為2 000 mm；在拱頂及幫部均采用鋼架棚支護，架棚棚距均為2 000 mm。

2 巷道圍巖變形破壞分析

對巷道巷幫炭質泥巖以及底板泥巖進行X 射線衍射分析，發現炭質泥巖、泥巖中黏土質量分數高達78.9%，黏土礦物中伊利石及高嶺石質量分數分別可達到4%、45%，石英質量分數為14%，其余的斜長石、菱鐵礦、鉀長石以及斜長石等占比較小。在32503 底抽巷掘進迎頭頂部、巷幫以及底板位置取樣。將頂部、巷幫及底部巖樣置于水中，具體巖樣變化情況，如圖2 所示。

圖2 不同浸泡時間下巖樣變化示意圖

從圖2-1 中看出，巷幫炭質泥巖、底板泥巖位置巖樣放入到水中后出較為明顯的泥化現象，其中底板泥巖泥化較為嚴重；結合圖2-2、2-3 看出，巷道圍巖巖樣放入水中10～20 min 后，巷幫位置炭質泥巖出現崩解并沿著內部裂隙破碎成小塊，底板泥巖泥化程度進一步增加、強度及承載能力明顯降低；從圖2-4 看出，放入水中40 min 后幫部位置炭質泥巖泥化程度較高，而底板泥巖則徹底泥化；整個過程中頂板灰巖則無明顯變化。32503 底抽巷圍巖松軟、遇水膨脹、崩解且強度明顯降低，導致底抽巷在原有U 型鋼+錨網索支護方式時巷道圍巖變形量較大。

3 巷道圍巖錨注支護技術應用

3.1 錨注支護技術方案

依據32503 底抽巷圍巖巖性特征，提出采用錨網噴+錨注+錨索耦合支護方式控制32503 底抽巷軟巖變形，具體巷道支護斷面，如圖3 所示。通過采用以錨注為核心的耦合支護方式可適應巷道軟巖變形控制需要，最大程度發揮圍巖自穩及承載能力。

圖3 錨注支護斷面圖（單位：mm）

32503 底抽巷拱頂用錨桿（索）+鋼筋網支護方式，巷幫用錨桿+注漿錨索+鋼筋網支護方式，底板采用注漿錨桿支護。具體支護參數為：

1）拱頂錨桿采用規格Φ20 mm×2 400 mm 螺紋鋼錨桿、間距及排距分別為600 mm、800 mm；拱頂錨索為規格Φ17.8 mm×6 000 mm 鋼絞線，間距及排距分別為1 200 mm、800 mm，錨索在拱頂對稱布置。

2）巷幫錨桿為規格Φ20 mm×2 400 mm 螺紋鋼錨桿、間距及排距分別為600 mm、800 mm，在兩幫分別布置3 根規格Φ22 mm×6 000 mm 中空注漿錨索，布置間排距分別為1 200 mm×1 600 mm，具體采用的中空注漿錨索結構，如圖4 所示，技術規格如表1 所示。

表1 注漿錨索技術規格

圖4 注漿錨索結構圖

3）巷道底板布置4 根規格25 mm×2 400 mm 中空注漿錨桿，錨桿沿著巷道中線對稱布置，最外側錨桿距巷幫300 mm、外插30°，中部的錨桿距離巷幫1 300 mm、垂直底板布置，具體采用的中空注漿錨桿結構見圖5 所示、技術規格見表2 所示。

表2 注漿錨桿技術規格

圖5 注漿錨桿結構圖

4）巷道錨桿及錨索鉆孔均用MQ7-130/2.9C 鉆機施工，通過采用不同規格鉆頭可實現18～42 mm 規格鉆孔施工，配套的鉆桿規格為Φ19 mm×1 000 mm。巷道拱頂及巷幫鋪設由Φ6 mm 鍍鋅鐵絲編制的鋼筋網護表，規格為1200 mm×800 mm、金屬網網孔為100 mm×100 mm。巷道全斷面均噴射C20 混凝土，初噴、復噴厚度分別為80 mm、70 mm。

3.2 現場應用效果分析

為掌握錨注支護后32503 底抽巷圍巖變形量，在底抽巷內布置測站對巷道頂底板、兩幫位移量等參數進行持續監測，具體監測結果，如圖6 所示。

圖6 錨注支護段圍巖變形監測結果

從錨注段圍巖變形監測結果得知，錨注支護段底抽巷頂板下沉量最大為22 mm、頂板下沉量較小，兩幫收斂量最大為80 mm，底板底鼓量最大為76 mm、底鼓量相對較大。錨注支護后兩幫變形量增加速度平均為0.533 mm/d、底板底鼓量增加速度平均為0.507 mm/d，圍巖變形量增加速度較小。通過錨注支護段圍巖變形監測數據分析得知，錨注支護段圍巖變形量整體較小，不會給底抽巷后續使用帶來影響。

4 結論

1）32503 底抽巷巷幫為炭質泥巖、底板為泥巖，巷幫及底板巖層中含有較高的黏土物質且遇水容易膨脹、軟化，32503 底抽巷原采用的錨網索+架棚支護方式難以實現巷道圍巖變形有效控制。根據底抽巷現場情況，提出以錨注支護為核心的錨網索注耦合支護技術，具體在巷幫通過注漿錨索提高炭質泥巖整體強度并封堵潛在的裂隙，降低水、空氣等對巷幫巖體風化影響，同時為錨桿提供可靠的錨固端；在底板采用注漿錨桿對底板進行加固；在巷道全斷面噴漿進一步隔絕圍巖與空氣、水等接觸。

2）依據32503 底抽巷現場實際情況，對圍巖支護方案進行詳細設計并進行工程應用。現場應用后，錨注支護段頂板、底板、巷幫變形量最大分別為22、76、80 mm，圍巖變形量整體較小，可滿足底抽巷后續使用需要。