注漿錨索在孤島工作面巷道補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)中的應(yīng)用

閆大利

（西山煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司鎮(zhèn)城底礦，山西 太原 030053）

0 引言

隨著礦井開采強(qiáng)度和采掘深度的不斷加大，煤礦開采地質(zhì)環(huán)境更為復(fù)雜，深部開采的特點(diǎn)就在于深部巖體所處的“三高”特殊環(huán)境，即高地應(yīng)力、高地溫、高巖溶水壓，同時(shí)掘進(jìn)及采煤過(guò)程還會(huì)對(duì)深部巖體造成擾動(dòng)影響，因此對(duì)深部資源開采過(guò)程中的巷道支護(hù)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。動(dòng)壓區(qū)下回采巷道在掘巷后因變形釋放大量能量，原有的圍巖平衡再次被打破，同時(shí)產(chǎn)生新的裂隙，圍巖變形量大，來(lái)壓強(qiáng)烈，流變時(shí)間長(zhǎng)。如果鄰近上煤層工作面正在回采，巷道圍巖變形更加劇烈，最終將導(dǎo)致巷道破壞，給巷道維修帶來(lái)極大困難。在控制巷道流變機(jī)理支護(hù)基礎(chǔ)上，引進(jìn)中空注漿錨索進(jìn)行高壓注漿加固[1-5]，取得了較為顯著的支護(hù)效果，對(duì)安全生產(chǎn)和高產(chǎn)高效將起到極大推動(dòng)作用。

1 礦井概況

鎮(zhèn)城底礦位于山西省古交市西北處，井田面積約16.63 km2，礦井西北走向6.6 km、南北走向平均寬度約為3.6 km，年設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為190 萬(wàn)t。其22605 工作面地表位于八字山村北東、保溫材料廠以西、八字山回風(fēng)井以北、歇馬村以東，南東為赤泥巖村，地表為山丘溝谷，無(wú)村莊。地面標(biāo)高+1153～+1240 m，井下標(biāo)高+883.8～+931.2 m。22605 工作面位于南二盤區(qū)東翼，南為22603 采空區(qū)，北為22604 采空區(qū)，西鄰二盤區(qū)回風(fēng)巷及盤區(qū)保護(hù)煤柱，東為工業(yè)廣場(chǎng)保護(hù)煤柱。運(yùn)輸巷與22604 工作面之間留有34 m 煤柱，回風(fēng)巷與22603 工作面之間留有13 m 煤柱。22605 工作面走向長(zhǎng)度1133 m，傾斜長(zhǎng)度242 m。22605 工作面所開采的的煤層為石炭二疊紀(jì)太原組2 號(hào)煤層，以褐煤為主，其次為暗煤，煤層的傾角在3.2°～9.5°，平均傾角為6.5°；地質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；煤層厚度在3.20～4.90 m，平均厚度為4.05 m；煤巖體硬度為2～3。

2 巷道原始支護(hù)形式

2.1 運(yùn)輸巷

頂板支護(hù)形式為單數(shù)排全錨桿布置，雙數(shù)排全錨索布置；幫部支護(hù)形式為全錨桿布置；鋼帶采用單數(shù)排在頂部布置一根T140-4100/7 型鋼帶；鐵托盤規(guī)格300 mm×300 mm×10 mm；頂板錨桿采用Φ20 mm×2500 mm 左旋螺紋鋼錨桿，配套使用球形墊圈和阻尼墊圈，幫部采用Φ20 mm×3500 mm 左旋螺紋鋼錨桿，頂板間排距650 mm、700 mm，幫部間排距650 mm、700 mm，每孔2 節(jié)MSZ2360 樹脂錨固劑，錨固長(zhǎng)度1200 mm，錨桿扭矩240 N·m；錨索在雙數(shù)排頂板每排布置6 根Φ21.8 mm×8300 mm 防腐錨索配合鐵托盤支護(hù)，間排距1300 mm、1400 mm，每孔3 節(jié)MSZ2360 錨固劑，錨固長(zhǎng)度1800 mm，預(yù)緊力240 kN；網(wǎng)片采用全斷面掛雙層8 號(hào)鐵絲網(wǎng)，規(guī)格1000 mm×10000 mm，網(wǎng)間壓茬不小于100 mm，連網(wǎng)間距不大于200 mm。

2.2 回風(fēng)巷

頂板支護(hù)形式為單數(shù)排全錨桿布置，雙數(shù)排全錨索布置；幫部支護(hù)形式為全錨桿布置；鋼帶采用單數(shù)排在頂部布置一根T140-3400/6 型鋼帶；鐵托盤規(guī)格300 mm×300 mm×10 mm；頂板錨桿采用Φ20 mm×2500 mm 左旋螺紋鋼錨桿，配套使用球形墊圈和阻尼墊圈，幫部采用Φ20 mm×3500 mm 左旋螺紋鋼錨桿，頂板間排距650 mm、700 mm，幫部間排距650 mm、700 mm，每孔2 節(jié)MSZ2360 樹脂錨固劑，錨固長(zhǎng)度1200 mm，錨桿扭矩240 N·m；錨索在雙數(shù)排頂板每排布置5 根Φ21.8 mm×8300 mm 防腐錨索配合鐵托盤支護(hù)，間排距1300 mm、1400 mm，每孔3 節(jié)MSZ2360 錨固劑，錨固長(zhǎng)度1800 mm，預(yù)緊力240 kN；網(wǎng)片采用全斷面掛雙層8 號(hào)鐵絲網(wǎng)，規(guī)格1000 mm×10000 mm，網(wǎng)間壓茬不小于100 mm，連網(wǎng)間距不大于200 mm。

3 補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)原因

雖然在回采巷道支護(hù)方面積累了一些經(jīng)驗(yàn)，但從以往工作面回采情況來(lái)看，巷道在回采期間礦壓顯現(xiàn)較劇烈，尤其是臨近采空區(qū)的回風(fēng)巷收斂十分嚴(yán)重，直接制約工作面正常回采。鎮(zhèn)城底礦孤島工作面開采還沒有類似經(jīng)驗(yàn)，而鑒于相鄰礦井孤島工作面開采所遇到的初次來(lái)壓所表現(xiàn)的超常規(guī)礦壓顯現(xiàn)，不得不重新評(píng)估22605 孤島工作面原始支護(hù)狀況，以便針對(duì)性地進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。

4 補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)方案

工作面正常回采必須最大限度控制圍巖變形，一般來(lái)說(shuō)控制圍巖變形主要有三個(gè)因素：一是具有較高的預(yù)應(yīng)力；二是具有適合圍巖大變形的能力；三是能夠?qū)崿F(xiàn)全長(zhǎng)錨固。

從原始支護(hù)方案來(lái)看，錨桿、錨索已達(dá)到較高預(yù)應(yīng)力，受錨桿、錨索材質(zhì)限制，延伸率不可能無(wú)限制適應(yīng)圍巖變形，因此加強(qiáng)支護(hù)只能從全長(zhǎng)錨固入手，控制圍巖變形。因常規(guī)錨桿、錨索全長(zhǎng)錨固施工難度大，所以本次加強(qiáng)支護(hù)使用注漿錨索及自旋錨注管。

4.1 運(yùn)輸巷補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)方案

運(yùn)輸巷補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)從距切眼100 m 處開始施工，見圖1。運(yùn)輸巷頂板布置2 根注漿錨索，間排距為1600mm、2800 mm，采用T140-1800/2 型鋼帶。運(yùn)輸巷煤柱側(cè)幫部支護(hù)分為兩種，一是正常段巷道，采用2 排注漿錨索配合300 mm×300 mm×12 mm 鐵托盤；二是來(lái)壓段巷道，來(lái)壓前20 m 到來(lái)壓后50 m 采用3 排注漿錨索配套使用300 mm×300 mm×12 mm 鐵托盤。采用Φ22 mm×4500 mm 型注漿錨索，每根錨索使用2 節(jié)Z2360 錨固劑，預(yù)緊力80 kN。采面?zhèn)缺３衷ёo(hù)。注漿以注漿口出漿或者壓力達(dá)到5 MPa 為準(zhǔn)。

圖1 運(yùn)輸巷補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)（單位：mm）

4.2 回風(fēng)巷補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)方案

回風(fēng)巷補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)從距切眼100 m 處開始施工，見圖2。回風(fēng)巷煤柱側(cè)幫部支護(hù)采用3 排注漿錨索配合300 mm×300 mm×12 mm 鐵托盤。采用Φ22 mm×4500 mm 型注漿錨索，每根錨索使用2 節(jié)Z2360 錨固劑，預(yù)緊力80 kN。采面?zhèn)仍囼?yàn)1 根自旋錨注管，以便對(duì)圍巖變形控制。采用Φ45 mm×4500 mm 型自旋錨注管施工，布置方式為走步式。頂板布置2 根注漿錨索，間排距1600 mm、2800 mm，頂板鋼帶T140-1800/2。注漿以注漿口出漿或者壓力達(dá)到5 MPa為準(zhǔn)。

圖2 回風(fēng)巷補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)（單位：mm）

5 巷道變形動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)分析

為驗(yàn)證巷道支護(hù)效果，在22605 工作面巷道掘進(jìn)過(guò)程中對(duì)巷道頂?shù)装宓膰鷰r變形進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，分別在巷道內(nèi)設(shè)立6 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)間隔距離250 m。并采用十字布點(diǎn)法，分別動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)巷道在掘進(jìn)過(guò)程中頂板、底板和兩幫的移近量。巷道掘進(jìn)期間圍巖變形實(shí)測(cè)值見表1。

表1 巷道掘進(jìn)期間圍巖變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

由表1 觀察分析可以看出，巷道在掘進(jìn)過(guò)程中頂?shù)装宓淖钚∫平繛?6 mm，最大移近量為130 mm，平均移近量為82.5mm；巷道兩幫的最小移近量為69mm，最大移近量為152 mm，平均移近量為110.5 mm。由此看出，巷道變形破壞形式以兩幫移近為主。

為研究巷道變形破壞趨勢(shì)，以2 號(hào)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為依據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)巷道掘進(jìn)前后的巷道圍巖變形破壞趨勢(shì)進(jìn)行分析。2 號(hào)測(cè)點(diǎn)隨掘進(jìn)頭掘進(jìn)圍巖變形情況如圖3 所示。

圖3 2 號(hào)測(cè)點(diǎn)隨掘進(jìn)頭掘進(jìn)變化趨勢(shì)

由圖3 分析可知，巷道在掘進(jìn)至200 m 左右時(shí)，巷道圍巖變形的速率逐步呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，且區(qū)域范圍內(nèi)受采掘擾動(dòng)影響較明顯。待巷道掘進(jìn)至距離750 m左右時(shí)，巷道圍巖變形破壞逐步減小趨于平穩(wěn)。

6 支護(hù)效果分析

1）鎮(zhèn)城底礦22605 孤島工作面目前已回采3 個(gè)來(lái)壓長(zhǎng)度，初次來(lái)壓段礦壓顯現(xiàn)最為明顯，運(yùn)輸巷煤墻側(cè)頂板局部下沉，頂板出現(xiàn)水平位移，造成頂板中部2 根錨索受剪切力影響在鎖具上方破斷；兩幫位移量最大927 mm，最大位移速度217 mm/d，頂板下沉量最大368 mm，最大移動(dòng)速度為169 mm/d。其余兩次來(lái)壓范圍煤墻側(cè)頂板出現(xiàn)局部下沉，但無(wú)錨索破斷現(xiàn)象。

2）通過(guò)回采期間兩巷煤墻側(cè)幫部情況對(duì)比，回風(fēng)巷煤墻側(cè)幫部使用的自旋錨注管效果不明顯，且回采期間自旋錨注管經(jīng)常纏繞在煤機(jī)滾筒上，處理難度大，后期孤島工作面補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)可考慮去掉煤墻側(cè)自旋錨注管。

3）從注漿錨索注漿期間出漿情況來(lái)看，部分區(qū)域注漿擴(kuò)散半徑重合，結(jié)合回采期間兩巷幫部整體性較好的情況，后期可考慮適當(dāng)加大注漿錨索間排距。

4）回采期間，兩巷除起底量大以外，均未進(jìn)行過(guò)擴(kuò)幫、挑頂作業(yè)，圍巖變形量在可控范圍內(nèi)，補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)效果良好。

7 結(jié)語(yǔ)

鎮(zhèn)城底礦22605 孤島工作面補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)形式基本滿足安全生產(chǎn)需求，后期類似條件的孤島工作面兩巷支護(hù)可在此基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，在保證安全的前提下降低支護(hù)成本。