“三大一高”復合頂板煤巷中空高強錨注錨索支護技術的應用

陳建勛 王海濤

（河南平寶煤業有限公司，河南 許昌 461700）

平寶公司己15-17-12100機巷地面標高+118.8～+136.7m，井下標高 -744.6～ -722.6m。直接頂為砂質泥巖，厚度為2.8～6.0m。煤巷原設計斷面為凈寬×凈高=4600×3000mm。隨著掘進長度的增加和時間的推移，巷道開始出現頂板下沉、兩幫收縮、斷錨桿和斷錨索等現象。因采煤工藝（一次采全高）和技術裝備（大型端頭支架、單軌吊運輸）的提升，原施工寬度和高度已無法滿足回采期間的要求，施工斷面需變更為5200×4000mm。更改斷面后，若仍采取原支護方案，巷道出現的頂板下沉、兩幫收縮、斷錨桿和斷錨索等現象將更加明顯，更加嚴重，原有的支護方法很難獲得預期的支護效果，勢必導致巷道圍巖破壞、失穩，巷道斷面收縮嚴重，無法正常使用，不得不反復進行維修，嚴重影響采面回采。本文主要是在高強錨桿+鋼帶+高強錨索聯合支護技術的基礎上增加錨注技術，通過巷道高強錨注試驗，重點分析對比使用錨注支護前后巷道頂板下沉量、兩幫收縮量和斷錨桿數量等方面的差異，進而研究解決大埋深、大跨度、大斷面和高應力條件下巷道煤巷頂板支護技術難題。

1 原支護技術分析

己15-17-12100機巷原支護采用高強錨桿（600MPa，Φ22×2600mm高強讓壓錨桿）+鋼帶+高強錨索（1860MPa，Φ22×8000mm）聯合支護，排距為800mm，錨桿使用2卷2850型樹脂藥卷，錨索使用3卷2850型樹脂藥卷。技術人員利用鉆孔測井分析技術對頂板鉆孔進行了攝像、錄像觀測，鉆孔深度約為8m。從觀察結果來看，己15-17-12100機巷煤層頂板0.3～0.45m、3.0～4.1m范圍內易出現離層現象。己15-17-12100機巷原支護錨桿錨固長度為1450m，錨索錨固長度為2177mm，雖然屬于主動支護，但錨桿未錨固段和錨索未錨固段仍處于離層、破碎范圍內，這勢必會影響錨桿、錨索的支護效果，導致其整體隨巖體整體下沉，未錨固段受高水平應力而斷裂。

2 注漿加固設計方案

依據原支護技術分析結果，己15-17-12100機巷施工跨度增加后，在原有支護強度的基礎上引入中空高強錨注錨索支護，即把普通高強錨索改為中空高強錨注錨索。通過注漿實現錨索的全長錨固，提高錨固強度和錨固可靠性；通過注漿利用漿液封堵圍巖裂隙，將松散破碎的圍巖膠結成整體，提高圍巖的承載能力，改善巷道支護效果。

2.1 中空注漿錨索施工參數

錨索采用螺旋肋預應力鋼絲制造的中空錨注錨索，型號為SKZ22-1/1860。錨固性能方面，注漿錨索頂端出漿孔距錨索頂端距離為1450mm，對比1卷MSK2850樹脂錨固劑與2卷MSK2850樹脂錨固劑，在錨固長度、錨固質量上2卷2850樹脂錨固劑稍優于1卷2850，又不影響注漿效果，因此Φ22mm中空注漿錨桿采用2卷2850樹脂錨固劑。

2.2 注漿工藝及注漿參數

己15-17-12100機巷為新掘巷道，圍巖相對較為完整，存在裂隙離層發育不充分的現象。從水灰比的最佳配比、注漿壓力、擴散范圍等方面，擬定了五套注漿參數試驗方案，試驗設備、材料等見表1。

表1 不同漿液配比試驗方案及記錄表

（1）水泥漿液配比

根據注漿參數，現場進行注漿試驗。隨著水泥漿液流動性的增大，注漿錨索漿液擴散范圍增大，但煤巷頂板裂隙多（頂錨桿施工后有裂隙），注漿壓力降低，注漿量減少。綜合考慮，采用注漿液水灰比為 1:1.8～1:2。

（2）注漿壓力

注漿壓力過小將會導致漿液難以在圍巖裂隙和節理中擴散和密實，達不到預期支護效果。由于己15-17-12100機巷圍巖裂隙發育程度低，且采用水泥單液注漿材料，灰水比高，流動性低，為保證水泥漿液的擴散效果，注漿壓力選取8MPa。

（3）注漿時機

注漿必須選擇合適的時機，即不能太早又不能太晚。過早注漿，巷道圍巖松動圈過小，深部裂隙沒有得到擴展，注漿只對巷道近表破碎的圍巖進行加固，補強加固的效果不明顯；如果注漿時間過晚，圍巖變形破壞過大，甚至出現巷道失穩的情況，這時不僅注漿量少，而且跑漿、漏漿嚴重，很難保證施工質量。根據現場注漿觀測，結合巷道圍巖表面位移監測結果，綜合分析，注漿應在注漿錨索施工后15d，滯后工作面迎頭距離80m左右。

3 注漿加固效果觀測與分析

3.1 圍巖表面位移觀測

己15-17-12100機巷每隔50m設觀測點，進行巷道表面位移量監測。巷道表面位移量監測采用十字布點法安設測點，通過圖1和圖2對比錨注前后巷道表面位移變化量。

圖1 機巷240排未錨注段前60d巷道表面位移變化曲線

圖2 機巷1111排錨注段前60d巷道表面位移變化曲線

從巷道表面位移監測結果看，巷道監測位置變形量隨時間不斷增加。通過對比可以看出，未錨注段前60d頂板下沉量在68mm左右，兩幫收縮量在85mm左右，且巷道未穩定，仍在繼續破壞；錨注段前60d頂板下沉量在5mm左右，兩幫收縮量在40～55mm左右，且巷道趨于穩定。

3.2 頂板離層監測分析

己15-17-12100機巷每隔50m設觀測點進行巷道頂板離層監測。頂板離層監測深基點固定在錨索錨固端位置，深度約為7.8m，淺基點固定在錨桿錨固端位置，深度約為2.5m。通過圖3和圖4對比錨注前后巷道頂板離層變化量。

圖3 機巷541排未錨注段前70d巷道頂板離層變化曲線

圖4 機巷988排錨注段前70d巷道頂板離層變化曲線

由圖可以看出，未錨注段前70d頂板離層量隨時間推移呈增大趨勢，第541排深部離層量最大達到140mm，淺部離層量最大達到34mm；錨注段前70d頂板離層量隨時間推移變化量不大，整體趨于穩定，第988排深部離層量才變化4mm，淺部離層量無變化。對比發現，注漿后支護效果明顯好轉。

3.3 錨注前后支護效果分析

己15-17-12100機巷前552m斷面為凈寬×凈高=4600×3000mm，使用普通錨索后930m斷面為凈寬×凈高=5200×4000mm。施工跨度由4600m更改為5200m后，增加了注漿工藝，雖然施工跨度增長了，但錨桿數量非但沒有增多，通過錨索注漿填充了圍巖裂隙，使錨桿與原巖形成一個整體，使巷道保持穩定而不易產生破壞，減少了水平應力對錨桿的剪切破壞，避免錨桿因動壓影響而被剪斷。錨注支護取得了很好的支護效果。

4 應用效果

中空高強錨注錨索支護技術在己15-17-12100機巷得到了成功的應用，減少了頂部下沉量和兩幫收縮量。增大斷面后，行人通道更加寬敞，降低了進風巷風速，緩解了采面接替的緊張局面，創造了適宜的井下作業環境，保障了礦井生產的順利進行和職工的人身安全，有效地解決了大埋深、大跨度、大斷面和高應力煤巷頂板變形破壞的難題，為河南平寶煤業有限公司安全生產、高效生產提供了條件。