2319 底抽巷破碎頂板注漿錨索加固技術(shù)應(yīng)用

李曉奎

（山西晉城無煙煤礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司趙莊煤業(yè)，山西 長治 046600）

巷道頂板破碎的問題長期以來一直制約著掘進(jìn)巷道施工效率。造成巷道頂板破碎的原因眾多，盡管已有諸多學(xué)者[1-3]針對破碎頂板巷道施工技術(shù)進(jìn)行研究，但由于煤礦地質(zhì)條件差異較多，目前尚未存在一套適用于不同破碎頂板施工條件下的工藝。趙莊煤礦2319 底抽巷巷道埋深大、周圍巖體強(qiáng)度較低，造成2319 底抽巷在原支護(hù)狀態(tài)下頂板較為破碎。

1 工程背景

2319 工作面底抽巷平均埋深730 m，巷道沿3#煤層底板掘進(jìn)。3#煤層平均煤厚5 m，平均傾角3°。煤層基本頂為細(xì)砂巖，厚5.7 m；直接頂為泥巖，厚度2.3 m；直接底為泥巖，厚1.1 m；基本底為粉砂巖，厚度4.5 m。2319 工作面底抽巷凈寬4.0 m，凈高3.1 m，凈斷面積12.4 m2。巷道采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)，頂板采用Ф22 mm 左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，錨桿長度2.4 m，間排距為1300 mm×1300 mm；錨索采用Ф22 mm 高強(qiáng)度低松弛鋼絞線剪切而成，長度5300 mm，每排一根；幫部采用Ф18 mm 左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，錨桿長度2 m，錨桿間排距為1800 mm×1300 mm。

2 巷道破碎原因分析

（1）高地應(yīng)力

2319 底抽巷巷道平均埋深730 m，巖體地應(yīng)力高達(dá)32.8 MPa，地應(yīng)力以構(gòu)造應(yīng)力為主，在掘進(jìn)過程中隱伏性小斷層、陷落柱等可能存在，造成頂板破碎，支護(hù)困難。

（2）煤巖體自身強(qiáng)度較弱

2319 底抽巷沿3#煤層底板掘進(jìn)。3#煤層頂板為泥巖，普氏系數(shù)2.3～3.0，巖性軟弱，造成巷道頂板破碎。

（3）支護(hù)體失效

2319 底抽巷頂板錨桿4 根，錨索僅1 根，且錨索鋼絞線長度為5.3 m。分析認(rèn)為2319 底抽巷巷道支護(hù)體已逐步失效，加劇了頂板破碎現(xiàn)象。

3 注漿錨索加固技術(shù)參數(shù)確定

3.1 優(yōu)化支護(hù)參數(shù)

根據(jù)新奧法圍巖支護(hù)理論，采用深部高壓注漿的方法，旨在粘結(jié)破碎、裂隙、節(jié)理發(fā)育的巖層，使之成為一個整體，同時在簡化注漿工藝的前提下，降低注漿成本。擬確定在原有巷道支護(hù)參數(shù)基礎(chǔ)上，將頂板錨索由一根變?yōu)槿瑑蓚?cè)補(bǔ)打的錨索為注漿錨索，錨索間排距調(diào)整為1200 mm×1200 mm，錨桿間排距調(diào)整為1200 mm×1200 mm，同時將外側(cè)兩根錨桿調(diào)整為斜錨桿，偏轉(zhuǎn)角為10°，其他參數(shù)不變；幫部在原有支護(hù)基礎(chǔ)上，在錨桿中間補(bǔ)打一根錨索，錨索參數(shù)與頂錨相同，幫錨桿間排距調(diào)整為1200 mm×1200 mm。

3.2 注漿錨索施工工藝

（1）鉆孔施工工藝

使用單體錨桿鉆機(jī)在頂板中部進(jìn)行布孔，孔間距為每排1.2 m，采用Ф30 mm 金屬鉆頭進(jìn)行施工。考慮錨索長度為5.3 m，布置深度為5.3 m 的錨索鉆孔，誤差不超過50 mm，鉆孔內(nèi)部與巷道頂板表面垂直，誤差不超過10°。打孔時需注意，在施工過程中，如頂板破碎圍巖較多，則需先清理破碎圍巖，后繼續(xù)施工。

（2）封孔工藝

第一階段封孔過程中，應(yīng)先對注漿錨索纏繞紗布，即在錨索尾部400 mm 處纏繞厚度為5 mm 的紗布，纏繞長度約400 mm。纏繞紗布示意圖如圖1。

圖1 纏繞紗布示意圖

紗布纏繞完成后，用錨桿鉆機(jī)將兩支Z2360 樹脂錨固劑送至孔底，用錨桿機(jī)攪拌使之初凝結(jié)。在錨索與樹脂錨固劑凝結(jié)完成后，在錨索尾部與錨索孔留有縫隙處采用紗布封堵，之后安裝止?jié){塞與托盤，同時施工預(yù)緊力，保證止?jié){塞與紗布完全塞緊。

3.3 注漿材料及參數(shù)

采用硅酸鹽水泥與水的比例為2:1，并配合8%水泥添加劑，425#普通硅酸鹽水泥，水泥添加劑為ACZ-I?？紤]2319 底抽巷實(shí)際地質(zhì)情況及漿液滲透范圍等諸多因素，確定注漿壓力4～5 MPa，當(dāng)注漿表示數(shù)達(dá)到5 MPa 后即認(rèn)為注漿完成。

4 工程試驗(yàn)

在2319 底抽巷開口800 m 處選取一段長度為100 m 的試驗(yàn)段巷道，在試驗(yàn)段巷道內(nèi)部布置4 個測站，同時在巷道未進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)的部分設(shè)立測站1 個，對巷道進(jìn)行礦壓監(jiān)測。測站布置方式如圖2。

測站布置完成后，對巷道表面位移進(jìn)行觀測，變化曲線如圖3。由圖3（a）可知，在觀測期間范圍內(nèi)，在原支護(hù)狀態(tài)下，巷道最大頂板移進(jìn)量達(dá)到313 mm；而進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)后，試驗(yàn)段巷道最大頂板移進(jìn)量為205 mm。由圖3（b）可知，在觀測期間范圍內(nèi)，原支護(hù)狀態(tài)下，巷道最大兩幫移進(jìn)量達(dá)到250 mm；而進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)后，試驗(yàn)段巷道最大兩幫移進(jìn)量為162 mm。巷道變形明顯減小，補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)取得了良好的效果。

圖2 測站布置方式示意圖

圖3 頂板和兩幫移進(jìn)量變化曲線圖

5 結(jié)論

（1）2319 底抽巷頂板破碎主要受高地應(yīng)力、巖體自身軟弱、支護(hù)體失效等原因影響。

（2）采用注漿錨索的方法對2319 底抽巷頂板進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，在監(jiān)測時間范圍內(nèi)，巷道頂板移進(jìn)量為205 mm，兩幫移進(jìn)量為162 mm，巷道斷面成型效果好，頂板完整，取得了良好的效果。