錨錨注聯合支護在明業煤礦軟巖巷道的應用

張 鋒

（山西煤炭運銷集團明業煤礦有限公司，山西036500）

1 概述

山西煤炭運銷集團明業煤礦開采侏羅系2＃～5＃煤層，于2＃煤層項板之上，埋深680m位置設計施工采區膠帶下山，設計區段范圍內地質構造十分復雜，巖石多為黑色泥巖、灰色砂質泥巖、石英砂巖等，其巖性多具備軟巖特征，部分巖體膠結性不好，結構密實性較差，容易風化。膠帶下山斷面屬于半圓拱形，選擇應用U29金屬支架進行支護作業。U29金屬支架在應用中具備低阻滑移特征，雖然在煤層頂板位置設置有一定的超前支護鋼管，但其支護內移量仍較大，采區膠帶下山斷面收縮性較為明顯，其原因主要為圍巖與U型支架之間缺乏牢固充填，不均勻性間隙較多，導致支架設計承載難以有效實現。

在分析采區膠帶下山圍巖變形量問題時發現，其變形量偏大，初期來壓快。如在煤層作業中不及時采取有效支護，則片幫、冒頂等事故發生率較高。即使圍巖經過一定變形后整體趨于穩定，但其仍保持流變狀態。從方向上來看，煤礦巷道來壓屬于四周來壓形式。在開挖巷道后，受來壓因素影響，其頂板、兩幫與底板存在著較為明顯的變形問題，而底臌問題也會加劇頂板及兩幫的變形。圍巖變形對應力因素的變化具備敏感性，受巷道掘進或震動等影響，圍巖變形量增加，甚至容易出現變形量急劇增加，引起強烈沖擊性，導致斷面縮小。

2 支護原理

錨噴支護屬于一種主動支護方式，具備適應性強與施工便捷等特征。采取錨噴支護需要依據實際圍巖松動圈進行支護參數的選擇與確定。如在不同圍巖特性下采取相同的錨噴支護參數進行巷道支護操作，則難以確保支護效果。應用錨噴支護方式，存在著較大隱蔽性，可能產生冒頂事故或大面積漿皮脫落事故。將注漿錨桿技術與漿體加固技術有機整合進行圍巖支護作業，需要先通過掛網、錨桿設置及噴漿作業對巷道圍巖完成初步支護操作，在其基礎上對圍巖采取注漿固結操作，從本質上實現圍巖結構改變，將圍巖改造為具備良好承載力的支護拱。

3 錨錨注漿加固機理分析

通過注漿錨桿對圍巖執行注漿作業，在壓力作用下漿液進入到圍巖內部，將其內部存在的裂隙進行封堵；注漿作業后漿液固結，提高了松散圍巖整體性與強度；在完成注漿作業后，噴層壁厚密實性提高，確保了荷載在支護與噴層中分布的均勻性，規避了應力集中問題；注漿錨桿工藝與錨噴支護技術有機整合應用，可以在圍巖支護中形成組合拱，從根本上提高整個支護結構的穩定性與整體性；注漿作業的實施，在一定程度上提高了支護結構尺寸；完成錨錨注漿加固后，其支護結構在面對圍巖荷載時所產生的彎矩較小，降低了支護結構所承載的應力問題。

4 實施措施

針對巷道支護作業，在完成一次支護后，確保圍巖穩定的基礎條件下，允許圍巖存在一定限度的變形量，通過變形進行圍巖內部應力釋放。及時進行二次支護作業，以確保支護結構穩定與巷道安全。

4.1 兩次錨噴支護

采用規格為GM20／2400－490的錨桿進行一次支護作業，采用規格為GM22／3000－490的錨桿進行二次支護作業，在錨桿托盤應用中，一次支護與二次支護分別采取TPF150X150／10型與TPF200X200／10型，鋼筋網規格設定為6－100X100mm，采取型號為Z2950的中速樹脂藥卷。完成支護后應對錨桿及時采取二次加扭操作，在標準上，錨桿螺母擰緊力矩應不低于300N.m，確保錨桿錨固力在80kN以上。在巷道支護操作中，為確保支護效果，在噴砼水泥材料上選擇P.O 42.5規格的普通硅酸鹽水泥，石子粒徑要求控制在5～15mm范圍內，中粗砂粒徑應不低于0.35mm，噴射砼料配合比為水泥∶黃砂∶石子∶速凝劑＝1∶2∶2∶0.03，其水灰比為0.57∶1，噴射砼強度設計標準為C20，一次噴砼厚度與二次噴砼厚度有所差異，分別為80mm與70mm。

4.2 錨索補強

錨索應設置到耙矸機位置。兩幫之間，在底板以上500mm位置上進行錨索設置，作業采取YMS17.8／4.5－1860規格錨索，以2400mm的標準進行幫部錨索排距作業；以2400mm×2400mm為標準進行頂錨索排距作業，每排設置3根錨索，其作業采取 YMS1 7.8／6.3－1860規格錨索。應用TPF300X300／1 0型錨索托盤，其每排要求設置5根錨索，每根錨索應用Z2950樹脂錨固劑，錨固劑應用量為每根錨索3卷。通過錨索將樹脂錨固劑運送到孔底位置后進行攪拌推進，攪拌20～30s停止推進，2min后下鉆機。在確保樹脂錨固劑凝固滿不低于1h后，方可安排張拉預緊上托盤作業，一般要求預緊力應在100kN以上。

4.3 注漿加固

錨桿－錨索支護注漿斷面見圖1。

圖1 錨桿－錨索支護注漿

采取注漿加固方式，為確保支護強度，需對其注漿參數進行規范。選擇應用型號為ZBSB－52～8／10－15的煤礦用雙液注漿泵，采取P.O42.5普通硅酸鹽水泥作為注漿材料，液漿水灰比設計為1∶0.7～1∶1；應用長度為2600 mm的端錨型注漿錨桿，其錨桿由四分鋼管制作而成，鋼管底部設置為長度250mm的麻花狀，于鋼管底端1.0m長度位置，以內錯方式進行鉆孔設置，鉆孔孔徑由大漸小，前端孔徑與后端孔徑分別設置為8mm與4mm，將Z2950型樹脂藥卷應用于錨桿底部進行錨固作業，封孔作業則通過空心速凝水泥卷來實現，封孔深度應不低于0.8m。在注漿錨桿設置上，設計應用1700mm×1600mm排距標準進行布置，每排以設置7根為標準。底角注漿錨桿與巷道底板之間需要保持30°下扎角，且應確保底板與底角注漿錨桿之間距離為97mm。底角注漿錨桿以外的注漿錨桿，其設置與巷道輪廓線應保持垂直狀態，錨桿外露量設計為50 mm；注漿作業壓力值設計應滿足注漿需求，一般設計為4 MPa，以不大量跑漿作為注漿作業完成的標準；注漿過程中需要遵循一定的原則，如逐排逐孔注漿、自下而上注漿、兩幫同時注漿等原則，確保注漿操作能夠有效充填圍巖裂隙；在完成注漿作業后，通過水泥藥卷進行錨桿孔口封堵作業。

5 效果分析

針對巷道采取兩次錨網支護方式，切實發揮錨桿支護作用，對巷道圍巖所存在的裂縫張開、圍巖滑動、變形等現實性問題進行控制，抑制圍巖的拉伸與彎曲，通過支護措施形成穩定支護承載結構。通過注漿，對巷道圍巖所存在的裂隙進行充填，發揮漿體固結作用，提高巷道圍巖強度與整體性，確保圍巖應力分布均勻，避免出現應力集中等問題。設置一定錨索對圍巖進行卸壓，提高巷道圍巖的穩定性與安全性。

6 結語

采取錨錨注聯合支護技術，切實降低了支護結構中所存在的壓應力與拉應力問題，給出了深部巷道支護作業有效方案。通過一次性支護保障圍巖穩定性與整體性，降低巷修量，提高了深部巷道支護技術。實踐證明，采取這種支護方式，整體支護穩定性良好，滿足煤礦巷道支護作業的現實性需求，具備良好應用價值。

〔1〕何滿潮，孫曉明.中國煤礦軟巖巷道工程支護設計與施工指南〔M〕.北京：科學出版社，2004：1－4.

〔2〕何滿潮，袁和生，等.中國煤礦錨桿支護技術理論與實踐〔M〕.北京：科學出版社，2004.

〔3〕蔡美峰，肖應博.復雜巖體中加固巷道圍巖變形破壞規律研究〔J〕.金屬礦山，2015，35（3）：29，31.

〔4〕郝俊青，趙 軍.松軟破碎頂板巷道支護技術研究與應用〔J〕.煤炭科學技術，2011，39（3）：18，21.

〔5〕秦慶舉，曹 飛.祁東煤礦軟巖巷道支護技術研究與應用〔J〕.煤礦開采，2012，22（6）：52，55.