28814 工作面回采巷道加固注殼支護工藝研究

姜 澤

（山西焦煤集團有限責(zé)任公司東曲煤礦，山西 太原 030200）

1 概述

東曲煤礦28814 工作面回采巷道寬約5.0 m、高約4.0 m，長約1186 m，坡度不大。巷道在支護設(shè)計時，對各工作面巷道圍巖的物理性質(zhì)以及支護方案中錨桿長度選擇等都沒有進行科學(xué)的調(diào)查和計算，使得部分巷道圍巖因采動影響出現(xiàn)巷道頂板斷裂、碎巖砸落以及片幫等情況，成為影響回采生產(chǎn)安全的重大風(fēng)險因素。針對28814 工作面實際情況進行巷道支護工藝優(yōu)化，對提升巷道安全性以及生產(chǎn)經(jīng)濟性有著重要的意義。

2 巷道支護方案設(shè)計

28814 工作面回采巷道存在巷道頂板斷裂、片幫等問題，采用加固注殼支護工藝進行巷道支護。首先對28814 工作面巷道進行修整，使其符合施工規(guī)程，采用噴漿的方式保持巷道圍巖的完整，然后進行錨桿與錨索組合工藝支護，最后進行復(fù)噴漿，形成深淺支護層加固注殼結(jié)構(gòu)，增強巷道穩(wěn)定性。

其中，錨桿與錨索組合支護工藝是錨桿通過定位孔，穿過巷道外壁的不穩(wěn)定巖層，深入到穩(wěn)定巖層中，并固定。這樣可以改變圍巖的物理力學(xué)性能，改變圍巖應(yīng)力分布，錨桿的橫向作用和軸向作用同時發(fā)揮，提高巖體抗剪強度和抗壓強度，宏觀上則表現(xiàn)為巷道圍巖穩(wěn)定性增加。錨索結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)錨桿錨固在巷道內(nèi)部穩(wěn)定巖層中，錨桿與錨索配合使用，不僅可以突破錨桿固定長度的限制，還能夠增大錨固深度。錨桿傳動預(yù)緊力，帶動錨索在穩(wěn)定巖層的內(nèi)部受力，實現(xiàn)錨桿穿過的所有巖層的加固。錨桿錨索組合應(yīng)用，可以將巷道巖層荷載和變形應(yīng)力傳遞到巷道圍巖深部的穩(wěn)定巖層中，使不穩(wěn)定巖層應(yīng)力變形風(fēng)險降低。此外，錨桿與錨索組合應(yīng)用，能使得一定范圍內(nèi)巷道圍巖應(yīng)力相互牽扯，在圍巖內(nèi)部形成應(yīng)力網(wǎng)，網(wǎng)狀應(yīng)力區(qū)域的巖層自身也可實現(xiàn)一定程度的支護效果，使得支護作用產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，實現(xiàn)巷道的安全穩(wěn)定。對于該支護方案，錨桿長度與排列間距參數(shù)的確定，是影響支護效果的重要參數(shù)，其中支護錨桿長度影響因素如圖1 所示。

（1）錨桿長度計算公式如下：

式中：L1為錨桿安裝在巷道巖層后，裸露在外部的長度，m；L2為巷道壁到內(nèi)部穩(wěn)定巖層之間的距離，m；L3為錨桿在穩(wěn)定巖層內(nèi)部的深度，m。

通過對28814 工作面回采巷道圍巖結(jié)構(gòu)組成以及特征研究，選擇L1為0.05 m，L2為1.2 m，L3為0.4 m。因此計算得出的錨桿長度為1.65 m，實際錨桿選擇1.8 m 規(guī)格。

圖1 錨桿長度示意圖

（2）錨桿間距計算公式如下：

式中：N 為錨桿錨固作用力，kN/根；n 為寬度方向上每排錨桿的數(shù)量，根；L2為巷道壁到內(nèi)部穩(wěn)定巖層之間的距離，m；K 為設(shè)計安全系數(shù)，選取2.4；r 為回采巷道壁巖層的平均容重，kN/m3；B 為回采巷道寬度，m。

東曲煤礦采用的礦用普通錨桿錨固作用力為105 kN/根，28814 工作面回采巷道寬度方向上每排錨桿數(shù)量最多處為4 根，巷道壁到內(nèi)部穩(wěn)定巖層之間的距離為1.2 m，回采巷道壁巖層的平均容重為17 kN/m3，巷道寬度為5.0 m。計算所得最大錨桿間距為1.7 m，實際錨桿間距選擇1.5 m。

3 巷道支護方案實施

28814工作面回采巷道可以近似看作矩形結(jié)構(gòu)，但在頂板兩端分別存在圓弧過渡，并且巷道右側(cè)上部存在10°左右的傾角，這對支護參數(shù)的計算非常重要。在錨桿布置過程中，由于圍巖在巷道掘進情況下，內(nèi)部應(yīng)力變化更加復(fù)雜，巷道頂板斷裂、碎巖砸落以及片幫的風(fēng)險更大，因此要對巷道外形處增加支護強度。28814 工作面回采巷道支護方案的實施可以分為兩個階段：

（1）錨桿+錨索支護階段

錨桿+錨索支護階段的支護參數(shù)為：

① 錨索規(guī)格：首先在回采巷道頂板中心以及頂板兩端尖角處布置錨索，使錨索與固定壁成90°的垂直角度，錨索規(guī)格為Φ22×4500 mm，1860 kN屈服強度。

② 錨桿規(guī)格：錨桿布置在頂板及巷道側(cè)壁，固定方向與固定壁成垂直關(guān)系，錨桿規(guī)格為Φ30×1800 mm，400 kN 屈服強度。

初級支護示意圖如圖2 所示。

圖2 28814 工作面回采巷道局部錨索支護圖

（2）深部錨注殼加固階段

在深部錨固定位置的巷道處加裝注漿管道，通過壓力泵將漿液順管道注入到深部錨根部，固定后的漿液形成固定殼，配合錨索+錨桿支護工藝，形成穩(wěn)定的深部錨加固注殼支護組合。深部錨注漿參數(shù)為：注漿孔的深度為0.4 m，注漿壓力為6.5 MPa。深部錨注殼加固使得28814 工作面回采巷道的圍巖強度和穩(wěn)定性大大增加。支護效果如圖3 所示。

圖3 28814 工作面回采巷道加固注殼支護效果圖

4 支護監(jiān)測實施

為了驗證設(shè)計支護方式以及支護參數(shù)的有效性，針對28814 工作面回采巷道支護效果進行了跟蹤監(jiān)測。監(jiān)測內(nèi)容選擇錨桿受力強度，主要用來反應(yīng)支護完成后28814 工作面回采巷道圍巖穩(wěn)定性，間接反映支護方案的有效性。錨桿受力強度監(jiān)測采用MYF-12 型錨桿測力計進行，測點分布見圖4，在巷道壁碎裂處要加密錨桿測力計的布置。

圖4 MYF-12 型錨桿測力計布置示意圖

測力計布置按照從下到上、從左到右的順序，分別編號1～8。各測力計監(jiān)測數(shù)據(jù)變化曲線如圖5所示。

通過圖5 可以看出，28814 工作面回采巷道支護錨桿中最大受力為101 kN，而礦用普通Φ22 的錨桿額定承載力為105 kN。即通過錨桿與錨索組合應(yīng)用的支護方式，能夠很好地承載回采巷道圍巖內(nèi)動力，保持巷道的穩(wěn)定性，降低巷道事故發(fā)生的風(fēng)險。

圖5 各錨桿測力計曲線示意圖

5 結(jié)論

結(jié)合28814 工作面回采巷道圍巖特征以及實際回采條件，對錨桿錨索組成應(yīng)用支護方案參數(shù)進行了計算分析，并對加固注殼支護工藝的實施效果進行了監(jiān)測跟蹤。通過監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，按照計算參數(shù)進行的支護方案能夠有效保證回采巷道的穩(wěn)定性，滿足回采巷道生產(chǎn)安全需求。