特厚煤層順槽巷道過斷層群錨注支護技術

趙恩祺

（晉能控股煤業集團安全生產指揮中心總調度室，山西 大同 037003）

巷道是井工煤礦開采的通道，保證巷道安全使用，是維護礦井正常運行的關鍵。地質構造[1-2]是影響煤礦安全生產的重要因素，解決構造區巷道安全支護難題對礦井實現安全高效開采具有重要意義。

1 工程概況

金莊煤礦8404 工作面為北四盤區的首采工作面，開采3-5#煤層，煤層間距小，平均0.8 m，局部區域合并，夾層主要為泥巖、炭質泥巖及高嶺質泥巖。煤層偽頂為炭質泥巖和泥巖，平均厚0.21 m；直接頂為細砂巖和泥巖，平均厚3.81 m；基本頂為粗砂巖和中砂巖，平均厚8.34 m。8404 工作面一進一回布置，2404 皮帶順槽沿3-5#煤層底板掘進，掘進寬5.5 m，高3.6 m，掘進斷面積為19.8 m2。巷道長度為4175 m，巷道埋深約300 m。根據探測資料顯示，2404 巷道掘進至680 m 前方，存在密集斷層群，巷道頂板極其破碎，巷道掘進速度緩慢，圍巖控制難度大。

2404 巷道設計采用錨網支護，錨索補強。頂幫均采用Φ22 mm×2400 mm 左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，間排距均為800 mm×900 mm，預緊力矩均不低于200 Nm，錨固力均不小于90 kN。頂板錨索規格為Φ17.8 mm×8300 mm 預應力鋼絞線，間排距為1800 mm×1800 mm，二二布置。在兩側頂角布置角錨索，錨索規格Φ17.8 mm×4500 mm，間排距為5400 mm×1800 mm，二二布置。錨索托盤均采用1000 mm 長11#礦用工字鋼。

2 頂板破碎區圍巖錨注控制方案

2.1 超前錨注加固

物理探測和巷道揭露情況均顯示巷道迎頭前方頂板破碎嚴重，為保證巷道掘進安全，需對巷道迎頭前方頂板破碎煤巖體進行超前加固。由于頂板破碎，掘進機割煤后上方破碎頂板無法保持完整，頂板穩定性極差，故采用錨注一體[3-5]注漿加固的方法，控制巷道迎頭前方破碎頂板。超前錨注方案為：在巷道迎頭前方頂角布置中空注漿錨桿，中空注漿錨桿直徑25 mm，長6000 mm。根據現場情況，每排5 根，間距1000 mm，排距為1500 mm。中空注漿錨桿向迎頭前方傾斜，與垂直方向呈15°夾角，如圖1。之后采用加固型注錨劑進行注漿，超前注漿加固可改變巷道圍巖的力學性質，滲透到巖體中的漿脈起到網絡骨架、粘結補強的作用。

圖1 迎頭超前錨注加固示意圖（mm）

2.2 錨注一體注漿加固

超前錨注加固結束后，進行掘進機組割煤，采用半邊掘錨的方式，即巷道只掘進半邊就進行錨索錨桿的支護，待半邊支護完成后，再進行另半邊掘進和支護。掘進后巷道正常支護采用中空注漿錨索配合中空注漿錨桿進行。先施工中空注漿錨索，直徑22 mm，長11 800 mm，間排距為1000 mm×800 mm，每排布置5 根；之后施工中空注漿錨桿，其布置于兩排中空注漿錨索之間，直徑25 mm，長3100 mm，間排距為800 mm×800 mm，每排布置7根。巷道頂板支護示意圖如圖2。

圖2 巷道頂板支護示意圖（mm）

中空注漿錨索和中空注漿錨桿施工結束后，進行注漿施工。先對中空注漿錨桿進行注漿，通過注漿在巷道圍巖形成2～3 m 厚的整體巖層加固拱，起到淺部承載的作用，同時可防止錨索注漿時漏漿。之后進行中空注漿錨索注漿，通過注漿可使中空注漿錨索由端錨變為全長錨固，從而提高錨桿索支護系統的剛度和抗剪切能力，且注漿漿液向破碎煤巖體擴散，形成深部加固拱。深、淺部注漿加固拱共同作用，可對深部破裂圍巖提供高應力的徑向約束，使破裂巖體發揮應力強化特性，從而提高支護結構的整體承載能力，以適應構造破碎區巷道的支護要求。注漿加固不僅可以提高圍巖完整性，同時能夠包裹錨桿索，防止錨桿索腐蝕，提高使用壽命。

2.3 滯后架棚注漿支護

巷道掘進過后，觀測巷道圍巖變形，圍巖變形較大及注漿時漏漿較大的區域，需進行架棚支護，采用U 型鋼進行架棚，排距為800 mm。架棚支護與主動錨注支護共同作用，實現主、被動綜合支護。對架棚段圍巖進行噴漿封閉，并打設注漿加固鉆孔，再次對巷道破碎圍巖進行注漿充填加固。通過超前錨注支護、錨注支護、架棚支護和二次注漿改性圍巖等多位一體的方法，對構造破碎帶圍巖進行維護，達到強幫固頂的目的，最終實現破碎圍巖穩定，保證巷道安全使用。

2.4 錨索錨注施工工藝

（1）錨索安裝。中空注漿錨索安裝時，先放入錨固劑，用中空注漿錨索將錨固劑推入，之后采用錨桿鉆機攪拌錨固錨索；然后在錨索孔口安裝止漿塞，并用棉紗纏緊；最后安裝托盤錨固進行漲拉。

（2）錨索注漿。錨索注漿時，先卸下錨索尾部的絲堵，將注漿頭與錨索尾部連接，檢查注漿管路連接無誤，方可開啟注漿泵。注漿速度不宜過快，應緩慢注漿。注漿泵壓力大，注不進漿液時則停止注漿，先關閉注漿泵，再關閉錨索尾部的截止閥，卸壓后拆卸管路開始下一個錨索注漿。注漿過程中，當發現局部頂幫漏漿時，及時停止注漿，通過人工和間歇注漿的方式進行封堵。

3 效果分析

2404 皮帶順槽受斷層群影響范圍約150 m，采用超前錨注加固、錨注支護、架棚支護和二次注漿改性圍巖等方法后，巷道圍巖變形整體可控。巷道掘進后前期圍巖變形較大，且速率較快，及時進行錨注一體支護后，圍巖整體性較好，圍巖變形速率明顯降低；部分區域通過架棚和二次注漿改性圍巖后，巷道圍巖穩定性明顯提高，后期未出現大變形現象。通過圍巖變形觀測，正常區域圍巖穩定后，頂板下沉量最大為92 mm；架棚區圍巖前期變形較大，超過120 mm，架棚并注漿后，圍巖變形明顯變緩，未出現后期有害大變形，最大變形量為276 mm。

4 結語

（1）錨注一體化支護可使注漿體、錨桿索和圍巖形成一個整體，漿液在破碎圍巖中擴散形成網絡狀骨架，同時漿液與錨桿索一起在破碎圍巖中形成高強混凝土結構，在垂直方向對破碎圍巖起到支撐作用，三者共同作用達到控制圍巖穩定的目的。

（2）現場實踐表明，超前錨注加固、錨注支護、架棚支護和二次注漿改性圍巖相結合的多位一體的構造破碎帶圍巖支護技術，可有效控制巷道圍巖變形，保證巷道安全使用。