不穩定殘余支承壓力下注漿錨索支護技術在沿空掘巷的應用

李仲輝 李付臣 李 華

（兗州煤業股份有限公司鮑店煤礦，山東省鄒城市，273500）

不穩定殘余支承壓力下注漿錨索支護技術在沿空掘巷的應用

李仲輝 李付臣 李 華

（兗州煤業股份有限公司鮑店煤礦，山東省鄒城市，273500）

由于采掘接替緊張，鮑店煤礦103下03工作面軌道巷在上區段回采完畢后不待采空區頂板活動穩定即留小煤柱沿空掘進。在不穩定殘余支承壓力影響下，巷道掘進期間即出現大變形，且進入變形穩定期煤幫流變性顯著。分析認為，窄煤柱被嚴重破壞后承載能力的減弱，是導致煤幫流變性顯著的主要原因。在原支護的基礎上，采用注漿錨索對窄煤柱進行了二次支護，巷道圍巖得到有效控制，回采期間巷道斷面滿足生產要求。

殘余支承壓力 沿空掘巷 巷道支護 注漿錨索

沿空掘巷一般是在臨近工作面采空區頂板活動穩定后開始掘進，巷道受側向關鍵頂板破斷結構保護，通過留設合理寬度的煤柱，使巷道處于應力降低區，采用高強螺紋鋼樹脂錨桿支護技術可以取得較好的支護效果。鮑店煤礦由于采掘接替緊張等原因，有時來不及等到頂板活動穩定即開始下區段回采巷道的掘進，在不穩定殘余支承壓力影響下，巷道兩幫掘進影響期間即發生較大變形，進入變形穩定期后流變性顯著，傳統的錨網索支護不能滿足支護要求。因此，研究此類巷道圍巖變形破壞機理并針對性地提出圍巖控制技術具有重要的意義。

1 工程概況

1.1 圍巖地質概況

鮑店煤礦103下03工作面走向長1300m，傾斜寬180m。煤層平均厚度3.25m，推進方向的右側為103下02采空區，軌道巷在靠近103下02工作面帶式輸送機巷側留3m窄煤柱沿頂板掘進，且在103下02工作面回采結束后僅兩個月就開始掘進，軌道巷寬5m，高3.3m。煤層頂底板情況見表1。

表1 煤層頂底板情況表

1.2 原支護參數

103下03工作面軌道巷采用錨網索支護，支護參數如下：

（1）頂板采用6根?22mm×2400mm高強度螺紋鋼錨桿，配合金屬網、鋼筋梯聯合支護，間排距800mm×900mm，每孔使用兩卷樹脂錨固劑。另外，每隔2排施工1組?22mm×5000mm錨索，錨索間排距為3200mm×2700mm，每孔使用兩卷樹脂錨固劑。

（2）兩幫采用4根?20mm×2000mm高強度螺紋鋼錨桿配合金屬網、鋼筋梯聯合支護，幫錨桿間排距800mm×900mm，每孔使用一卷樹脂錨固劑。另外，沿空側幫部每隔2排施工1根?22mm×3500mm錨索，排距為2700mm，每孔使用一卷樹脂錨固劑。非沿空側幫部每隔2排施工2根?22mm×5000mm錨索，間排距為1200mm×2700mm，每孔使用兩卷樹脂錨固劑。

2 圍巖變形特征及原因分析

2.1 表面位移特征

在距103下03工作面軌道巷開口100m、200 m、350m、450m處分別布置表面位移測站1＃站、2＃站、3＃站和4＃站，采用“十字法”觀測。根據表面位移觀測結果分析，該巷道變形破壞具有以下特征：

（1）掘進期間變形量大，穩定時間長。巷道掘出后圍巖劇烈變形，兩幫移近速度超過30mm／d，頂板下沉速度超過5mm／d；1周后變形有所緩和，但兩幫移近速度仍大于20mm／d，頂板下沉速度4 mm／d左右；巷道掘出1個月后，變形才趨于穩定，兩幫移近量達到500mm，頂板下沉100mm。

（2）變形穩定期煤幫流變性顯著。巷道掘出兩個月后，兩幫移近速度仍不小于5mm／d，個別段甚至保持10mm／d的移近速度。

（3）煤幫變形量遠大于頂板。巷道掘出兩個月后，各測站兩幫移近均在600mm以上，最大達到800mm；各測站頂板下沉量均不超過250mm，且下沉速度小于2mm／d。

2.2 老頂破壞特征

在距巷道開口370m處頂板設一鉆孔，通過TYGD10型鉆孔探測儀觀測老頂內部破壞情況，巷道掘出不同時間的老頂裂隙發育變化較大。老頂裂隙的發育過程說明巷道掘進期間老頂處于不穩定狀態，巷道掘出時老頂比較完整，無縱向裂隙，隨后老頂不斷回轉下沉，縱向裂隙發育，形成較大裂隙，最終老頂發生斷裂。

2.3 巷道變形原因

103下03工作面軌道巷開始掘進時，巷道圍巖大結構狀態如圖1所示，此時弧形三角塊B一端受巷道上方直接頂的支撐并與巖體A咬合，另一端與巖塊C相咬合。巖塊B、C構成的鉸接結構處于不穩定狀態，將回轉下沉，直至得到下部冒落矸石的支撐。巖塊B回轉下沉所需空間通過擠壓巷道圍巖小結構來獲得，因而巖塊B回轉下沉過程中始終伴隨著巷道圍巖小結構的劇烈變形，這正是103下03工作面軌道巷掘進期間變形量大的主要原因。

圖1 老頂側向懸臂梁不穩定結構圖

巖塊B觸矸后，受到直接頂和采空區冒落矸石的有力支撐，同時受到巖體A和巖塊C的夾持，達到圖2所示的穩定狀態。此時，雖然巷道圍巖大結構處于穩定狀態，但巷道煤幫已受到嚴重破壞，尤其是護巷窄煤柱，在巷道開掘后即完全進入塑性區，承載能力低，流變性顯著。老頂巖塊的回轉下沉使煤柱淺部破碎區向煤柱深部塑性區擴展，部分錨桿因失去著力基礎而失效，錨桿對煤柱加固作用的減弱，促進了煤柱破碎區的發展，導致煤柱承載能力進一步減弱，實體煤幫受力增大，在高支撐壓力作用下破壞嚴重，且進入變形穩定期后流變性顯著。

圖2 弧形三角塊穩定結構圖

3 支護對策

巷道在掘進期間已發生較大變形，為了防止回采期間巷道斷面過小而影響正常生產，需對巷道進行二次支護。由于巷道變形以兩幫為主，頂板較為完整；而實體幫的顯著流變性，又是緣于窄煤柱承載能力降低，二次支護的重點應是增強窄煤柱的承載能力。由于窄煤柱破壞比較嚴重，不能給錨桿或錨索提供堅實的著力基礎，單純打錨桿或錨索不能起到加固煤柱的作用，故采用雙股籠形注漿錨索對窄煤柱進行加固。

4 雙股籠形注漿錨索加固技術

4.1 作用機理

雙股籠形注漿錨索技術一方面利用水泥漿液把窄煤柱中各種弱面充實，并把弱面和四周煤體重新膠結起來，提高煤柱的整體性；另一方面水泥漿液把錨桿和煤體之間的裂隙充實，使因煤體破碎錨固力減弱甚至失效的錨桿重新發揮錨固作用。水泥漿液實現了雙股高強度籠形錨索的全長錨固，在錨索的壓應力作用下，其錨固范圍內的煤體被壓縮而形成一個整體。

4.2 加固方案

采用的雙股籠形錨索單股鋼絞線公稱直徑15.24mm、強度1860MPa，破斷載荷不低于250kN。錨索長2300mm，錨深2000mm，外露不超過300mm。錨索間排距為1500mm×1500mm，最上部一排錨索距頂板700mm。采用?35mm樹脂錨固劑對錨索進行端錨，錨索托盤長200mm、寬200mm，采用厚15mm的12＃槽鋼制作，巷道加固錨索布置如圖3所示。

圖3 注漿錨索布置斷面圖

5 錨注效果

表面位移觀測結果如表2所示，對窄煤柱進行二次支護后，兩幫最大移近量小于250mm，頂板最大下沉量小于60mm。在進入工作面超前支護段前，巷道寬度不小于4000mm，高度不小于2700mm，巷道斷面能夠滿足生產要求。受工作面超前壓力影響時，通過打單體支柱超前支護，巷道變形也得到了很好的控制。說明采用注漿錨索對窄煤柱補強支護方案合理，能有效控制圍巖變形，確保生產安全。

表2 103下03軌道巷位移觀測結果

6 結論

（1）沿空巷道頂板弧形三角塊的回轉下沉是導致掘進期間巷道圍巖劇烈變形的主要原因；而窄煤柱破壞后承載能力的降低導致實體煤幫受力增大，是變形穩定期煤幫流變性顯著的主要原因。

（2）采用雙股籠形注漿錨索對窄煤柱進行二次支護，提高窄煤柱的承載能力， 能有效控制回采期間巷道圍巖的變形，確保巷道斷面滿足生產要求。

（3）巷道表面位移觀測和鉆孔探測儀的聯合應用，可以有效觀測巷道圍巖結構狀態，為探究巷道失穩機理提供一種新的方法。

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Application of grouting anchor cable supporting technology under unstable residual bearing pressure in roadway driving along next goaf

Li Zhonghui，Li Fuchen，Li Hua
（Baodian Coal Mine，Yanzhou Coal Mining Co.，Ltd.，Zoucheng，Shandong 273500，China）

Because of the tension of mining－excavation relay，the working for track roadway of 103lower03working face in Baodian Mine has driven along next goaf only remaining small coal pillar before goaf roof movement is stable after the stoping in last section was finished.Under unstable residual bearing pressure，roadway deformation happens during excavation and the rheological property of sidewall is obvious during steady deformation period.According to the analysis，the decreased bearing capacity of the heavily－damaged narrow coal pillar has resulted in the obvious rheological behavior.Based on original support，the narrow coal pillar is supported secondly by using grouting anchor cable.Then the surrounding rock deformation is kept under control and the size of roadway section meets the production demands during coal extraction.

residual bearing pressure，roadway driving along next goaf，roadway support，grouting anchor cable

TD353

A

李仲輝（1958－），男，山東滕州人，高級工程師，現任兗礦集團鮑店煤礦礦長。

（責任編輯 張毅玲）