全長錨固錨索支護技術在沿空掘巷的試驗研究

梁玉海 崔光旭 周猛猛

（兗煤菏澤能化有限公司趙樓煤礦，山東 菏澤 274705）

1 概述

趙樓煤礦5304 工作面軌道順槽為沿空掘進巷道，鄰近5303 工作面采空區，沿空煤柱4.5 m。為提高巷道支護強度，驗證加長錨固、全長注漿錨桿、錨索等支護技術在沖擊地壓礦井的應用效果，在5304 軌道順槽（里段）100 m 范圍內巷道采用預應力全長錨固錨桿（索）。在上述實驗段巷道及鄰近常規支護地點安設頂板離層儀、錨桿（索）壓力計等礦壓觀測設備，分析應用效果。

2 試驗用的支護材料

（1）頂板預應力全長錨固錨索：型號SKZ22-1/1860； 規 格Φ22 mm×6300 mm； 強 度 級 別≥1860 MPa；破斷力≥400 kN；延伸率≥5%。

（2）頂板錨索用錨固劑：CK2550 兩支，抗壓強度不低于60 MPa。

（3）無機注漿錨固料：型號MZM-70 型；1 d抗壓強度≥20 MPa；28 d 抗壓強度≥70 MPa。

（4）錨索托盤：300 mm×300 mm×16mm。

（5）沿空側中空注漿錨索：型號SKZ22-1/1770；規格Φ22 mm×3800 mm；封孔方式：內置式封孔。

（6）實體煤側中空注漿錨索：型號SKZ22-1/1770；規格Φ22 mm×6300 mm；封孔方式：內置式封孔。

（7）實體煤側中空注漿錨桿：型號MZGK200-42/25；規格Φ25 mm×3000 mm；封孔方式：孔口封孔。

3 支護設計

為對比常規端錨錨索、預應力全長錨固錨索、中空注漿錨索及中空注漿錨桿支護效果，在5304沿空軌道順槽選取150 m 長度巷道（其中原支護、方案一、方案二各50 m）開展現場試驗，驗證各支護形式支護效果，具體支護方案[1-2]如下：

（1） 原 支 護 方 案。 頂 板 錨 桿 規 格Φ22 mm×2400 mm，間排距850 mm×800 mm。頂板錨索規格Φ22 mm×6200 mm，端錨，配合29U 型鋼使用。沿空側采用Φ22 mm×3800 mm 錨索配合18#B 槽鋼梁，間排距1200 mm×1600 mm。實體側錨索規格Φ22 mm×6200 mm，間排距1200 mm×1600 mm。具體支護參數如圖1。前進行施工，以提高實體煤的強度，減少兩幫的變形。其余支護不變。具體支護參數如圖3。

圖1 原巷道支護設計斷面圖（mm）

圖2 方案一巷道支護設計斷面圖（mm）

圖3 方案二支護設計斷面圖（mm）

（2）方案一。頂板原錨桿支護不變，將原錨索改為Φ22 mm×6300 mm 預應力全長錨固錨索，29U 型鋼梁按原支護方式正常使用，間排距不變。沿空側采用Φ22 mm×3800 mm 預應力全長錨固錨索代替原錨索，槽鋼梁按原支護方式正常使用，間排距不變。實體煤側采用Φ22 mm×6300 mm 預應力全長錨固錨索，采用“2-1-2”三花布置。其余支護不變。具體支護參數如圖2。

（3）方案二。頂板原錨桿支護不變，將原錨索改為Φ22 mm×6300 mm 預應力全長錨固錨索，29U 型鋼梁按原支護方式正常使用，間排距不變。沿空側采用Φ22 mm×3800 mm 預應力全長錨固錨索，采用“2-1-2”三花布置。實體煤側采用Φ25 mm×3000 mm 全長錨固錨桿，采用“2-1-2”三花布置。實體幫注漿錨桿可在巷道施工完工作面回采

4 工藝及流程及技術要點

（1）頂板預應力全長錨固錨索施工技術要求

① 打眼：用直徑32 mm 的鉆頭打孔，深度為6000 mm。

② 送樹脂藥卷：向孔內依次裝入兩支CK2550樹脂藥卷，用錨索索體慢慢將樹脂藥卷推入孔底。

③ 攪拌樹脂：將錨索尾部六方與單體錨桿鉆機連接起來，然后升起鉆機推進鋼絞線，邊攪拌邊推進，直至推入孔底，停止升鉆機，攪拌20～30 s后停機。停機后鉆機保持60 s 后方可降下。

④ 錨索孔樹脂攪拌結束后10～30 min 安裝錨索托板、錨具，對錨索進行預緊漲拉。錨索漲拉采用漲拉千斤頂，預緊力不小于10 t。

⑤ 當錨索施工30 根時，進行注漿。注漿采用專用全錨無機注漿料，水灰比為1:3.2，根據比例向攪拌桶內注入一定量的清水，開動攪拌機，向桶內加入注漿材料，邊加入邊攪拌，注漿料須慢慢加入。

⑥ 卸下錨索尾部的絲堵，連接注漿器到錨索尾部內螺紋上，啟動注漿泵進行注漿，鉆孔漏漿即停止，卸下注漿連接器，擰上絲堵。

（2）幫部注漿錨索施工技術要求

沿空巷道巷幫施工中空注漿錨索，其目的是對煤柱進行加固，提高煤柱的支撐強度，防止煤柱側巷幫在工作面回采時出現大變形。沿空側中空注漿錨索加固可以在巷道掘進期間施工，在迎頭后注漿。

① 打眼：用直徑32 mm 的鉆頭打孔，深度為3500 mm。

② 向孔內裝入兩支CK2550 樹脂藥卷，用錨索索體慢慢將樹脂藥卷推入孔底。

③ 攪拌樹脂：用攪拌接頭連接幫機與鋼絞線，邊攪拌邊推進，直至推入孔底，攪拌20～30 s 后停機。

④ 錨索孔樹脂攪拌結束后10～30 min 安裝止漿塞、錨索托板、錨具，對錨索進行預緊漲拉。錨索漲拉采用漲拉千斤頂，預緊力為10 t。

⑤ 對中空注漿錨索注入無機錨固材料，水灰比按0.4～0.5，注漿壓力不低于8 MPa。

（3）注漿錨桿施工技術要求

① 鉆錨桿孔。用錨桿鉆機采用直徑32 mm 鉆頭鉆錨桿孔，孔深為2900 mm，并將錨桿孔內的煤粉用水或風清除干凈。

② 錨桿端錨。將一支CK2550 樹脂藥卷用中空注漿錨桿送入孔底，將攪拌接頭連接注漿錨桿和錨桿鉆機，攪拌樹脂藥卷實現錨固端錨。

③ 待樹脂錨固劑凝固后，按順序安裝止漿塞、托盤、螺母，并用風動扳手實現注漿錨桿預緊。

④ 注漿。采用MZM-70 高強無機注漿料，水灰比按0.29～0.35 比例，采用專用注漿連接器將注漿管路與注漿錨桿尾部連接于一體。確保安全連接后，開動注漿泵，實現注漿加固。

5 應用效果對比分析

5304 工作面已經回采完畢，在正常支護段、方案一、方案二現場各安裝1 組頂板離層儀，編號分別為測點1、測點2、測點3。不同支護段頂板下沉量如圖4。

根據圖4 數據顯示，3 組測點均表現為在巷道掘進初期巷道頂板下沉量大，變形速率較快。當掘進面距離觀測點100 m 以后，巷道頂板下沉量基本穩定，進入穩定蠕變期。當巷道達到穩定狀態時，測點1 頂板下沉量為398 mm，測點2 頂板下沉量為199 mm，測點3 頂板下沉量為235 mm。試驗結果表明預應力全長錨固錨索相較于常規端錨錨索可有效控制巷道變形，提高圍巖穩定性。方案二與方案一對比說明Φ22 mm×6300 mm 預應力全長錨固錨索效果優于Φ25 mm×3000 mm 全長錨固錨桿。

圖4 不同支護段頂板下沉量圖

6 結論

通過在沖擊地壓礦井沿空掘巷的現場試驗，預應力全長錨固錨桿（索）支護技術可有效控制沖擊地壓礦井沿空順槽巷道圍巖變形，提高巷道穩定性，為后期安全、高效回采創造條件。