小煤柱沿空巷道高強錨注支護技術(shù)的實踐

鄧海賓 李彭波

（山東能源棗礦集團七五煤業(yè)公司，山東 棗莊 277000）

1 工程概況

山東能源棗礦集團七五煤業(yè)公司3上219 工作面位于-624 m 水平南二采區(qū)東翼，東鄰3上217 工作面采空區(qū)。3上219 運輸巷沿底板掘進，沿空小煤柱設(shè)計預留寬度4.0 m，巷道為矩形斷面，S荒=16.8 m2，S凈=16 m2，H凈=4000 mm，W凈=4000 mm。3上219 工作面煤層結(jié)構(gòu)較復雜，含夾矸2～16 層，夾矸主要為泥巖及炭泥巖，原煤強度較低，煤體易發(fā)生整體性失穩(wěn)和剪切滑移失穩(wěn)。3上219 運輸巷超前范圍內(nèi)巷道變形嚴重，巷道兩幫嚴重內(nèi)縮，巷道寬度變小，巷道維護工程量大，影響安全高效開采。

通過對3上219 運輸巷支護及采動影響的分析，提出了提高4 m 小煤柱承載能力抑制巷道大變形的思路，通過注漿改性手段，提高煤體峰值強度或提高破碎煤體的殘余強度，制定了小煤柱沿空巷道錨注加固實施方案[1-6]。

2 高強錨注支護技術(shù)分析

沿空巷道存在由頂板煤柱底板形成的大結(jié)構(gòu)，小煤柱的穩(wěn)定性對沿空巷道的整體穩(wěn)定性起著重要作用。巷道在掘進以及工作面回采過程中，煤柱幫因應力集中首先發(fā)生破壞，其次是實體煤幫破壞，最終引起頂板整體性下沉失穩(wěn)。因此煤柱幫是沿空巷道的薄弱點，煤柱煤巖體注漿能夠大幅提高圍巖的殘余強度。

高強錨注支護技術(shù)是將錨桿支護技術(shù)與注漿加固技術(shù)優(yōu)勢融為一體，采用樹脂錨固劑進行端部錨固，為錨索提供預緊力，利用錨桿、錨索自身中空結(jié)構(gòu)通過注漿對圍巖穩(wěn)定性予以增強，提高支護體系承載強度和錨固的可靠性。

小煤柱高強錨注支護技術(shù)具有以下優(yōu)勢：（1）漿液將煤柱破碎煤巖體固結(jié)成整體，有效提高煤巖體的物理力學性能；（2）漿液擴散到原有錨桿、錨索孔，實現(xiàn)原有支護材料的二次錨固；（3）漿液稠，固結(jié)體強度高，錨桿、錨索達到高強全錨。

3 小煤柱沿空巷道高強錨注加固實施方案

經(jīng)對3上219 運輸巷現(xiàn)場勘查，未受采動動壓影響段巷道穩(wěn)定，煤柱幫與實體煤幫變形量低。受動壓影響段，煤柱幫內(nèi)移量大，支護材料隨煤巖體整體內(nèi)移，實體煤幫煤體擠壓破碎；頂板變形不大，局部錨索發(fā)生破斷，托盤掉落。因此必須對受動壓影響段實施高強錨注加固方案。

3.1 中空注漿錨索

在3上219 運輸巷高強錨注加固施工作業(yè)時采用了中空注漿錨索，是煤礦錨索支護技術(shù)的一大創(chuàng)新，實現(xiàn)了錨索全長錨固和注漿加固的結(jié)合，主要適用于礦山井巷、隧道、基坑等高應力區(qū)、破碎區(qū)及軟巖工程的支護和補強加固。

中空注漿錨索的主要技術(shù)特點如下：

（1）中空注漿錨索采用樹脂端錨，安裝與普通樹脂錨索完全相同，無須增加任何設(shè)備。用張拉千斤頂預緊，預緊力高且立即承載。

（2）中空注漿錨索索體及鎖緊結(jié)構(gòu)采用新型中空結(jié)構(gòu)，自帶注漿芯管，采用反向注漿方式，可實現(xiàn)錨索的全長錨固和圍巖注漿加固。

（3）中空注漿錨索索體采用高強螺旋肋鋼絲加工，有效提高了錨索索體的表面粗糙度，增加了索體與樹脂或注漿材料的握裹力和荷載傳遞特性。

（4）中空注漿錨索索體尾部有注漿接頭，可直接與注漿泵連接進行高壓注漿，工序簡單，注漿效果好。

3.2 注漿錨索布置

煤柱幫在原有錨網(wǎng)支護基礎(chǔ)上補打中空注漿錨索，采用“3-1-3”布置，如圖1 所示。每隔一排，補打3 根中空注漿錨索，間排距1000 mm×1900 mm，中間注漿錨索水平補打，上部錨索仰角10°，下部錨索俯角10°。在原有2 根普通錨索的基礎(chǔ)上補打1 根水平中空注漿錨索，距原有下部錨索間距200～300 mm，排距1900 mm。

圖1 小煤柱加固平面示意圖（mm）

錨索規(guī)格Φ22 mm×3500 mm，內(nèi)封孔，延伸率大于5%，破斷力大于400 kN。鉆孔Φ32 mm（32 mm 鉆頭），深度3200 mm。使用1 支CK2550、1 支CK2570 錨固劑（若錨不住，可使用1 支CK2550、2 支CK2570 錨固劑）。

在安裝過程中，不能快速推進，避免使錨索彎曲過大，造成尾部焊接斷裂；依次安裝軟管、推管和托盤后，進行張拉預緊，施加不低于80 kN 的預緊力；張拉時張拉機具不能卡住錨索焊接段進行張拉，以免將錨索尾部張拉掉，無法連接注漿器進行注漿；錨索外露長度不能超過250 mm。

3.3 注漿材料

普通水泥漿的優(yōu)點是原材料廣泛，成本低，凝固時間長，具有較長的可注期和較多的注漿量；其缺點是漿液顆粒較大，無法進入較小裂隙，初凝時間長不易控制，水灰比小，易沉淀析水，固結(jié)后具有一定的收縮率。為避免注純水泥漿存在的問題，在3上219 運輸巷高強錨注加固施工作業(yè)時，使用了新開發(fā)的微膨脹、早期強度高、高流動性、與煤體黏結(jié)性能好的MZM-70 型高強無機注漿料。主要技術(shù)指標：膨脹率0.1%～0.3%；1 d 抗壓強度20 MPa；7 d 抗壓強度40 MPa； 28 d 抗壓強度70 MPa以上；對金屬（索體）無銹蝕，無毒，無污染；適用于煤層注漿。

3.4 高壓稠漿設(shè)備

在3上219 運輸巷高強錨注加固施工作業(yè)時采用了ZBQ8/7 型礦用氣動注漿泵，其具有壓力高、適應稠漿等突出優(yōu)點，此外該泵還具有體積小、質(zhì)量輕、移動方便、易拆卸清洗等優(yōu)點，專用于高壓注稠漿錨固料。其主要技術(shù)參數(shù)如下：最大注漿壓力15 MPa，流量8 L/min，耗風量5 m3/min。

3.5 注漿

開動攪拌機，開始時速度較慢，向攪拌桶內(nèi)注入清水，根據(jù)一次注漿孔的數(shù)量確定，按水灰比為1:（2.5～3）加入無機注漿加固復合料（MZM-70）；將復合料緩慢加入，并不斷進行攪拌至均勻，使復合料水化達到可注漿條件。

將注漿器與錨索尾部內(nèi)螺紋進行連接，并檢查注漿管的暢通性；啟動注漿泵進行注漿作業(yè)，適當調(diào)慢攪拌速度；如注漿泵壓力已達到規(guī)定值后關(guān)閉注漿泵，等待2～3 min 再注；鉆孔一次性注滿完成后，卸下注漿器，擰緊錨索尾部絲堵。

4 效果分析

3上219 運輸巷受動壓影響段進行的小煤柱高強錨注支護，共施工38 個注漿孔，對高強錨注加固后的巷道頂板和兩幫的移近量進行了礦壓觀測。礦壓觀測表明：3上219 運輸巷受動壓影響加固區(qū)段巷道小煤柱整體強度及穩(wěn)定性較好，巷道頂?shù)装遄畲笠平恳褟募庸讨暗?80 mm 降低至80 mm，巷道兩幫最大移近量已從加固之前的340 mm 降低至65 mm，巷道頂?shù)装寮皟蓭妥冃瘟枯^小，巷道圍巖的變形量得到了控制，避免了沿空3上219 運輸巷道回采期間不斷返修的難題，有效保障了生產(chǎn)安全。