三軟巖層回采巷道支護技術研究與實踐

郝守田 李武林 張清忠

（山東能源龍礦集團，山東 龍口 265700）

梁家煤礦隨著采場范圍的不斷擴大和開采層位的不斷延伸，巷道支護難度進一步加大，支護成本居高不下，回采過程中三軟條件下的兩巷變形劇烈，給安全生產、質量標準化工作以及綜合成本造成很大影響。為探索合理有效的支護形式，進行了以下針對性試驗研究。

1 “三小”支護技術

梁家煤礦存在麻花錨桿孔粗桿細、桿體不能有效制約錨桿孔收縮變形和圍巖的剪切破壞以及錨固端強度不足、錨固力低、巷道返修率高等問題，為此，在4202 上順等巷道進行了“三小”試驗。通過試驗，證明“三小”錨桿施工工藝省勁、工時短、錨桿的錨固力顯著提高，提高了錨噴巷道的單進和安全程度。

1.1 使用的工具及材料

鉆孔工具為煤鉆頭、麻花鉆桿及煤電鉆，所選鉆頭直徑比鉆桿直徑大2mm。錨桿為Φ18mm×2250mm 麻花錨桿和Φ18mm×2250mm等強螺紋鋼錨桿，錨固劑為Φ35mm×400mm 和Φ26mm×600mm 兩種凝固時間和藥量相同的樹脂錨固劑。采用錨桿測力計和風動扳手檢測預緊力，利用鋼管、錨索及錨索張拉機具加工的大量程（400kN）錨桿拉力器檢測錨固力。

1.2 4202 上順“三小”施工中的對比

（1）錨桿孔用時測試

4202 上順為煤4 煤巷，鉆孔高度0.8～1.5m。在同一個地點，施工錨桿孔的為固定的三個人。提前安裝好鉆頭，定好眼位，并破除表層噴體。錨桿孔的深度均為2.2m。

A 組： 在 聯 絡 巷 右 幫， 施 工6 個 孔。 ① Φ30mm 鉆 桿 配Φ32mm 鉆 頭， 用 時12min。②Φ38mm 鉆桿配Φ42mm 鉆頭，用時9min。

B 組： 在4202 上 順 左 幫， 施 工3 個 孔。① Φ26mm 鉆 桿 配Φ28mm 鉆 頭， 用 時9min。② Φ28mm 鉆桿配Φ30mm 鉆頭，用時7min。③ Φ38mm 鉆桿配Φ42mm 鉆頭，用時7min。

（2）錨桿預緊力測試

在4202 上 順 聯 絡 巷A 組 的 時 候， 對Φ18mm×2250mm 麻花錨桿和Φ18mm×2250mm等強螺紋鋼錨桿的預緊力進行了測試。在錨桿上安裝錨桿測力計，同一個人使用風動扳手上螺帽至上不動為止。

① Φ18mm×2250mm 麻花錨桿，錨桿測力計的指針讀數為25kN。

② Φ18mm×2250mm 等強螺紋鋼錨桿，錨桿測力計的指針讀數為15kN。

（3）錨桿錨固力測試

A 組在聯絡巷右幫，Φ18mm×2250mm 麻花錨桿和Φ18mm×2250mm 等強螺紋鋼錨桿均安裝3 根：一個錨固劑的各一根，兩個錨固劑的各兩根。① Φ30mm 鉆桿配Φ32mm 鉆頭施工的錨桿孔，使用Φ18mm×2250mm 等強螺紋鋼錨桿和Φ26mm×600mm 樹脂錨固劑。一個錨固劑的錨桿錨固力沒有測試，只測試兩個錨固劑的一根錨桿，且錨固力只有35kN。② Φ38mm 鉆桿配Φ42mm鉆頭施工的錨桿孔，使用Φ18mm×2250mm 麻花錨桿和Φ35mm×400mm 樹脂錨固劑。一個錨固劑的錨桿錨固力為50kN，兩個錨固劑的錨桿錨固力70kN。

B 組在4202 上順左幫，只對Φ26mm 鉆桿配Φ28mm 鉆頭和Φ28mm 鉆桿配Φ30mm 鉆頭施工的錨桿孔安裝了Φ18mm×2250mm 等強螺紋鋼錨桿：一個錨固劑的各一根，兩個錨固劑的各兩根。① Φ26mm 鉆桿配Φ28mm 鉆頭施工的錨桿孔，一個錨固劑的錨桿錨固力為80kN，兩個錨固劑的錨桿錨固力分別為110kN 產生位移和100kN 張拉機具錨索拉斷。② Φ28mm 鉆桿配Φ30mm 鉆頭施工的錨桿孔，一個錨固劑的錨桿錨固力為80kN，兩個錨固劑的錨桿因張拉機具錨索拉斷而沒有拉。

1.3 試驗結論

綜合兩種巷道鉆孔所用時間，在巖巷中施工錨桿孔，Φ28mm 鉆頭和Φ30mm 鉆頭比Φ42mm 鉆頭快。而在煤巷中施工時，Φ28mm 鉆頭和Φ30mm鉆頭與Φ42mm 鉆頭相近。Φ18mm×2250mm 麻花錨桿比Φ18mm×2250mm 等強螺紋鋼錨桿的預緊力大。

兩種巷道錨固力測試情況是：Φ28mm 鉆頭和Φ30mm 鉆頭施工的錨桿孔安裝Φ18mm×2250mm等強螺紋鋼錨桿比Φ42mm 鉆頭施工的錨桿孔安裝Φ18mm×2250mm 麻花錨桿的錨固力平均提高27.5kN，錨固力顯著提高。

Φ28mm 鉆頭和Φ30mm 鉆頭與Φ42mm 鉆頭施工錨桿孔和安裝錨桿相比，有以下優點：每部鉆施工錨桿孔和安裝錨桿時可節省1 個人；28mm 鉆頭比Φ42mm 鉆頭耐磨，尤其巖巷更明顯；因小鉆頭阻力矩小，不易造成憋鉆和減少扭傷施工人員手脖子的可能；鉆孔產生的粉末少，粉塵小；勞動強度小；鉆頭耐磨；錨固力也提高了。

2 錨網注漿立體支護試驗

為有效控制回采動壓影響破碎區域巷道的支護，降低支護成本，借鑒4105 下順（如圖1所示）支護經驗，在施工過程中決定加強錨網噴形成的加固拱強度，形成錨桿—圍巖的共同承載結構，改善錨固體力學性能，提高錨固體峰值強度和殘余強度，控制圍巖塑性區、破碎區發展，促使巷道圍巖由不穩定狀態向穩定狀態轉變，決定試驗錨網注立體支護技術。目前煤4 二采回風上山已進入正常層位施工，設計支護形式為雙層錨網噴帶料石底拱支護，即一次支護頂板為Φ18mm×2250mm的麻花錨桿、幫部為Φ14mm×2250mm 的麻花錨桿，二次支護均為Φ18mm×2250mm 的麻花錨桿，一、二次支護間排距均為800mm×800mm。

圖1 4105 下順巷道斷面

2.1 使用錨桿及支護參數、施工設備

采用Φ18mm×2250 ～2500mm 的麻花錨桿（或選用Φ18mm×2250mm 的螺紋鋼錨桿），頂板錨桿間排距為650mm×650mm，兩幫為650mm×650mm，配合長度1.2m 左右的Φ20mm注漿錨桿。注漿錨桿采用設備倒楔子固定，在管口段車絲，便于安裝錨盤固定。頂板錨桿排拒1.0m，自頂板中央布置第一支，分別向兩側各布置一根，頂板共均勻布置3 支注漿錨桿。巷道上幫、下幫各施工3 排錨桿，第一排位于巷頂下1.0±0.1m（斜向上方施打，與水平方向的夾角為15 ～30° ±10°），第二排位于巷頂下2.2±0.1m（水平±10°），第三排位于巷頂下3.2±0.1m（斜向下方施打，與水平方向的夾角15 ～30°±10°）。注漿孔排距為1.0±0.1m，幫部注漿錨桿五花布置（如圖2所示）。

圖2 4105 下順巷道錨桿布置圖

注漿設備使用BAC1-16 開關及TBW-50/15 型泥漿泵，采用風煤鉆或錨桿鉆機施工錨桿孔，采用水泥—水玻璃單液注漿，水灰比=1:1，即每袋水泥（50kg）配水50L，加水玻璃1.3～1.72L。注漿液配好后，用泥漿泵通過高壓膠管向注漿錨桿內注漿，注至壓力應保證達到1.5MPa，單孔注漿量最多為10 袋水泥。

2.2 施工工藝和施工方法

巷道爆破落矸，扒裝機出矸結束后，施工間排距650mm 的長錨桿并敷設金屬網，然后初噴，初噴厚度70mm，嚴禁露網。再施工注漿錨桿，采用倒楔子固定并在孔口加木楔子，用破布包裹注漿錨桿外露部分，安裝錨盤但不緊固，錨盤下安裝封口木楔防止注漿時漏漿。

3 結語

針對梁家煤礦在三軟煤層回采巷道施工過程中，巷道變形嚴重影響生產的問題，實施了“三小”支護技術和麻花錨桿支護系統參數及施工工藝的優化改進為主的試驗研究。在巷道的回采周期內，頂底板移近量、兩幫移近量符合生產需要，巷道返修率大幅度降低，巷道支護難題得到了一定程度的緩解。