注漿錨索在綜采工作面超前支護(hù)中的應(yīng)用研究

尉宏斌

（山西焦煤霍州煤電呂梁山煤電有限公司，山西霍州 031400）

市場經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，對煤炭資源的需求也日益增大，要求煤炭行業(yè)朝著高產(chǎn)、高效和安全生產(chǎn)的方向發(fā)展。但是受井下復(fù)雜地質(zhì)條件以及礦山壓力的影響，煤礦井下的支護(hù)，一直是制約煤礦安全生產(chǎn)及高效生產(chǎn)的關(guān)鍵因素之一。從整體現(xiàn)狀來看，工作面的基本支護(hù)技術(shù)已經(jīng)較為成熟，能夠滿足不同地質(zhì)條件下工作面支護(hù)。然而工作面超前支護(hù)技術(shù)則發(fā)展較為緩慢，突出的問題是超前支護(hù)操作復(fù)雜、對通風(fēng)不利和對運(yùn)輸影響大等，嚴(yán)重制約著回采工作面生產(chǎn)的效率。

回采巷道超前支護(hù)段在采動壓力影響下圍巖變形量較大，給煤炭回采帶來一定制約。煤礦安全規(guī)程對采面巷道超前支護(hù)有明確要求，現(xiàn)階段礦井回采巷道常用超前支護(hù)方式包括有超前支架、π型梁、單體支柱等，采用的超前支護(hù)方式多為被動支護(hù)，被動支護(hù)雖然具有支護(hù)強(qiáng)度高特點(diǎn)，但是也存在作業(yè)人員勞動強(qiáng)度大、反復(fù)支撐導(dǎo)致頂板破碎、支護(hù)設(shè)備占用大量空間降低通風(fēng)及運(yùn)輸斷面等問題。霍州煤電木瓜礦10-206工作面以往采用液壓支架+單體支柱超前支護(hù)方式，雖然能夠在一定程度上控制巷道超前段圍巖變形，但由于單體液壓支柱容易造成頂板破碎、單體支柱需要耗費(fèi)大量人力及兩者成本高、運(yùn)輸難度大等缺點(diǎn)，給采面高效生產(chǎn)帶來一定制約[1-2]。因此，該礦提出采用補(bǔ)強(qiáng)注漿錨索超前加固巷道超前段圍巖，最后成功實(shí)現(xiàn)了巷道注漿錨索完全替代液壓支架進(jìn)行超前支護(hù)。

1 礦井工作面地質(zhì)概況及支護(hù)方案

1.1 礦井工作面地質(zhì)概況

霍州煤電木瓜礦位于山西省呂梁方山縣大武鎮(zhèn)木瓜村，井田面積10.63km2，礦井核定生產(chǎn)能力1.5Mt/a。10-206 工作面主采10#煤層，10-206 輔運(yùn)順槽設(shè)計全長1775m，擔(dān)負(fù)著10-206 回采工作面的運(yùn)輸、回風(fēng)、行人等任務(wù)。10-206輔運(yùn)順槽超前支護(hù)采用單體液壓支柱支護(hù)。10#煤層硬度為3，結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定，含有1~3 層砂質(zhì)泥巖夾矸（夾矸均厚0.38m）。開采范圍內(nèi)10號煤厚度2.7~3.4m（均值3.1m）、傾角2°~8°（均值5°）。10-206工作面煤層直接頂為6.7m厚的中粒砂巖，老頂為5.6m厚的砂質(zhì)泥巖，底板穩(wěn)定性較好，裂隙不發(fā)育；直接底為砂質(zhì)泥巖。煤層頂?shù)装鍘r體穩(wěn)定，對煤炭開采影響較小[3-4]。具體頂?shù)装鍘r性如圖1所示。

圖1 煤層綜合柱狀圖

1.2 綜采工作面原有回采巷道超前支護(hù)方案

10-206工作面綜采設(shè)備主要包括MG400/930-WD采煤機(jī)，截深為0.8m，配合SGZ880/800 可彎曲刮板輸送機(jī)、SZZ1000/375 轉(zhuǎn)載機(jī)及可伸縮SSJ1000/3×160 帶式輸送機(jī)運(yùn)煤。

210-206 輔運(yùn)順槽超前支護(hù)采用單體液壓支柱方式，超前支護(hù)距離為20m，支設(shè)雙排單體柱，非行人側(cè)距幫0.8m、行人側(cè)距幫2.0m，柱距、排距分別為2.0m、1.0m；單體柱配椎350mm 尼龍柱帽及椎400mm 柱鞋。柱徑110mm、100mm、80mm 的單體液壓支柱提供的初撐力分別應(yīng)控制在15MPa、12MPa、11.5MPa以上。10-206 輔運(yùn)順槽繞巷原超前支護(hù)斷面圖及平面圖如圖2所示。超前支護(hù)用的單體液壓支柱容易增加頂板破碎程度、單體支柱需要耗費(fèi)大量人力及兩者成本高、運(yùn)輸難度大等缺點(diǎn)，給采面高效生產(chǎn)帶來一定制約[5]。

2 注漿錨索在超前支護(hù)中的應(yīng)用

2.1 布置方案

根據(jù)木瓜礦10-206輔運(yùn)順槽前期頂板條件并結(jié)合工程類比法，具體超前注漿錨索布置技術(shù)參數(shù)為：注漿錨索“2-1”布置，間排距1600mm、1000mm（每三根為一組，每組排距3000mm），垂直頂板施工；注漿錨索規(guī)格為1×8 股、椎21.8×7200mm；托盤為300mm×300mm×16mm 高強(qiáng)度鼓形托盤；錨索用1 支CK234、2 支Z2360錨固劑錨固；同排施工2 根注漿錨索時，錨索用長度2000mm的W鋼帶連接，鋼帶厚度不小于3mm；注漿錨索安裝張拉力不得小于260kN；外露長度為露出鎖具150~250mm[6]。具體注漿錨索超前支護(hù)設(shè)計如圖3所示。

圖3 注漿錨索超前支護(hù)布置示意圖（單位：mm）

2.2 注漿工藝

（1）注漿材料。通過大量現(xiàn)場試驗(yàn)及市場經(jīng)濟(jì)性分析對比，在10-206 輔運(yùn)順槽超前支護(hù)中注漿錨索注漿材料可選用425 普通硅酸鹽水泥，水灰配比調(diào)制為0.8，同時在漿液里面添加4%的ACZ-I添加劑。采用此類注漿材料進(jìn)行巷道頂板圍巖加固，不僅可對頂板圍巖力學(xué)性質(zhì)起到一定強(qiáng)化效果，而且價格較低，原材料來源廣泛，節(jié)省工作面回采前期資金投入。

（2）注漿時機(jī)。注漿時機(jī)根據(jù)工作面回采期間超前范圍內(nèi)頂板圍巖裂隙發(fā)育及破壞特征的動態(tài)演化規(guī)律進(jìn)行確定。根據(jù)山西某礦10-206輔運(yùn)順槽繞巷井下注漿經(jīng)驗(yàn)建議，應(yīng)在超前工作面15~40m范圍內(nèi)注漿。

（3）注漿壓力。結(jié)合注漿施工過程的設(shè)備功耗，注漿施工作業(yè)的合理注漿壓力為3~4MPa，可實(shí)現(xiàn)漿液在巷道頂板裂隙中擴(kuò)展、提升注漿效果，同時又有利于確保工作面安全高效生產(chǎn)[7-8]。

（4）注漿時間。根據(jù)井下地質(zhì)條件及注漿工作總結(jié)，10-206 輔運(yùn)順槽繞巷合理注漿時間為60~180s，同時可根據(jù)地質(zhì)條件進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。現(xiàn)場采用的注漿工藝如圖4所示。

圖4 注漿系統(tǒng)工藝示意圖

3 現(xiàn)場應(yīng)用效果分析

木瓜礦10-206輔運(yùn)順槽使用注漿錨索代替單體支柱進(jìn)行超前支護(hù)，現(xiàn)場應(yīng)用后巷道超前支護(hù)段實(shí)拍圖如圖5所示。注漿錨索主動式超前支護(hù)技術(shù)具有施工工藝簡單、機(jī)械化程度高、適用性廣、回采工作面作業(yè)空間大的優(yōu)點(diǎn)。注漿錨索主動式超前支護(hù)的主要作用是阻止巷道頂板原有裂隙進(jìn)一步擴(kuò)展及連通；通過注漿加固頂板圍巖破碎區(qū)域，提高頂板承載能力。相較于傳統(tǒng)單體液壓支柱，注漿錨索可提高頂板巖體穩(wěn)定性并充分發(fā)揮圍巖自穩(wěn)能力，維護(hù)巷道圍巖穩(wěn)定的目的[9-10]。

圖5 巷道超前注漿錨索支護(hù)效果

4 結(jié)論

（1）木瓜礦10-206工作面輔運(yùn)順槽通過采用注漿錨索支護(hù)技術(shù)，頂板圍巖得到了更為有效的控制，避免了前采后整的被動局面，工人作業(yè)安全保障系數(shù)得到了提升；同時支護(hù)工作量降低，減輕了工人的勞動強(qiáng)度。

（2）10-206 工作面輔運(yùn)順槽“注漿錨索超前支護(hù)”技術(shù)，取消了超前段單體支護(hù)，避免了人工支設(shè)、回撤單體可能出現(xiàn)的倒柱傷人等事故，降低了勞動強(qiáng)度；注漿錨索便于機(jī)械化作業(yè)，提升支護(hù)效率；減少了超前段支護(hù)設(shè)備、設(shè)施的占用空間，為現(xiàn)場生產(chǎn)提供了更多的有效空間。

（3）主動式超前支護(hù)技術(shù)簡化了施工工序，減少了工作量，加快了綜采工作面推采速度，對目前綜采工作面的安全、高效生產(chǎn)適用性更好。