蠕動變形圍巖聯合支護及應用效果分析

郝慧東

（晉能控股忻州王家嶺煤業，山西 忻州 036600）

1 18109 工作面概況

王家嶺煤業18109 預抽巷位于一采區北翼，地面標高+1033.8～+1137.6 m，井下標高+569～+595 m，在集中輔運巷FD5 點東43.798 m 處向北開口形成18109 預抽巷，東部35 m 為18109 工作面膠帶順槽，西部為設計的18111 回采工作面，北部為井田邊界，南部為三條大巷。

18109 預抽巷設計全長2996 m（平距），矩形斷面，掘進寬度5.5 m、高度4.0 m，斷面面積22 m2，巷道前期作為18109 工作面預抽巷服務于18109 瓦斯抽放，后期作為18111 工作面回風順槽，后期工作面在回采過程中產生的采動應力對預抽巷圍巖會產生不同程度的破壞[1]。

18109 工作面膠帶預抽巷沿4 號煤層底板掘進，根據前期施工的W303、W403、W602 鉆孔及正在掘進的18109 膠帶順槽煤厚資料分析，預計該順槽煤層由南向北逐漸變厚，全煤厚7.73～8.34 m，平均8.04 m，凈煤厚6.58～8.04 m，平均7.31 m，抗壓強度15～20 MPa，煤體中硬。一般含夾矸3～4 層，多以砂質泥巖、碳質泥巖為主，掘進段破底0.2～0.6 m[2]。煤層局部裂隙較發育，裂隙基本延南北展布。

2 巷道永久支護設計

18109 預抽巷頂板及巷幫決定采用“錨桿+鋼絞線錨索+鋼筋網”等永久支護技術。

2.1 頂板錨桿支護

1）頂板錨桿采用規格為Ф22 mm×2400 mm 左旋螺紋鋼，頂錨桿鉆孔深度2.35 m，頂板每排施工6根錨桿，錨桿布置間距為0.9 m、排距為1.0 m，兩側處錨桿與巷幫間距為0.25 m，且分別向兩幫傾斜約15°，其余錨桿垂直頂板布置。

2）梯子梁采用16 號圓鋼焊接，寬度80 mm、長度5.2 m，間距1.0 m，與頂錨桿配套使用；錨桿托盤厚度為10 mm 穹形錨桿托盤，規格為150 mm×150 mm×10 mm，配套相應調心球墊和減摩墊圈。

2.2 頂錨索支護

1）頂錨索材料：采用規格為Ф21.8 mm×8300 mm鋼絞線，由于回風順槽沿4 號煤層底板托頂煤掘進，受到煤層厚度變化的影響，錨索長度根據巖性探測具體確定，錨固段須進入穩定巖層不少于1 m，鉆孔深度8.1 m。錨索排距2.0 m，每排4 根，間距1.2 m，距巷幫0.85 m 垂直頂板對稱布置。

2）錨索托盤：采用規格為300mm×280mm×14mm的W 型錨索托盤，厚度14 mm，配套調心球墊和減磨墊片；并采用規格BHW-280-4200-4 mm 的W 型鋼帶，厚度4 mm，與頂錨索配套使用。

2.3 鋼筋網支護

1）頂板網鋪設直徑為6 mm 圓鋼編制而成的鋼筋網；回采幫網片與煤柱幫網片均采用10 號鐵絲菱形金屬網，網孔規格50 mm×50 mm；網片搭接寬度為100 mm，用14 號鐵絲聯接，每隔200 mm 聯網兩道，孔孔相連、雙絲雙扣、綁扎牢固，呈兩排“三花”布置，擰結量不得少于3 圈，網片要鋪平，鋪展緊貼頂幫[3]。

2）巷道每施工100 m 施做一段長度為1 m 的全斷面（頂板和兩幫）塑料網作為間隔段，塑料網采用HBP200，材料特性要求顏色統一為黑色；摩擦不產生靜電；阻燃性能良好；防腐蝕、抗老化能力強；承載力不得低于2～4 t/m2。

3 巷道加強支護技術

為了有效防止二次采動對圍巖產生破壞現象，巷道永久支護后對工作面回采前30 m 范圍內采取“注漿錨索+梯形頂梁鋼棚”聯合支護。

3.1 注漿錨索支護

3.1.1 中空注漿錨索特點

1）與傳統實芯錨索相比中空注漿錨索可實現錨索錨固與注漿協同支護作用，在施工過程中具有簡化注漿、錨索支護工序，縮短支護時間，減少支護孔數量等優點；同時注漿錨索可根據圍巖受壓情況設計成不同長度，支護過程中受空間、圍巖力學性質等限制小。

2）中空注漿錨桿在支護時先實現錨索對圍巖的懸吊、支護拱（梁）支護，然后實現注漿加固作用，同時注漿加固過程中彌補了單錨索支護的不足，注漿過程中能夠快速對孔壁裂隙巖體進行充填加固，并對錨索起到全長加固作用，從而保證施加的預應力能夠穩定連續的傳遞至圍巖中。

3.1.2 中空注漿錨索結構及技術參數

1）18109 預抽巷頂板施工的中空注漿錨索長度為8.3 m、直徑為30 mm，注漿錨索主要由止漿塞、注漿管、出漿口、金屬膨脹環、楔頭芯桿等部分組成，如圖1 所示。

圖1 18109 預抽巷頂板施工的中空注漿錨索結構示意圖

2）中空注漿錨索材質強度等級為1670 MPa，索體破斷力不低于420 kN，中空注漿管內徑為6 mm、外徑為10 mm，注漿壓力為5～12 MPa。

3.1.3 注漿材料

18109 預抽巷頂板注漿材料使用525 號普通硅酸鹽水泥漿，添加少量水玻璃，制成水泥-水玻璃混合單液漿。

在進行注漿液制作時先進行水泥漿液制作后添加水玻璃，水玻璃添加前需對其濃度進行調制；根據對注漿區圍巖裂隙發育程度觀察，18109 預抽巷頂板注漿后必須確保注漿滲透半徑在0.5～1.2 m 范圍內，所以漿液濃度必須適宜，水灰質量比為0.5∶1.0，水玻璃與水泥質量比為1∶50；水玻璃濃度為45 波美度，模數為3.1[4]。

3.1.4 施工工藝

1）首先在巷道頂板施工注漿錨支護孔，支護孔每排施工2 個，布置間距為2.4 m、排距為2.0 m，采用錨桿鉆機，Φ32 mm 鉆頭，B19 mm 中空六角鋼釬聯合施工。

2）注漿錨索錨固后將注漿軟管與注漿泵進行連接，注漿時先選用0.5～1 MPa 的注漿壓力，當注漿一段時間后可逐漸增大注漿壓力，最高不超過6 MPa[5]。

3.2 雙梁鋼棚支護

為了進一步提高18109 預抽巷巷幫煤柱支撐強度，超前應力區圍巖采取注漿錨索支護后，架設雙梁鋼棚支護。

1）雙梁鋼棚支護主要雙頂量、棚腿、連接桿等部分組成，棚腿愛用11 號工字鋼梁焊制而成，頂梁采用12 號槽鋼焊制而成，頂梁長度為4.5 m、寬度為0.5 m，主要由兩根槽鋼和三根橫梁組成，如圖2 所示。

圖2 18109 預抽巷應力區支護示意圖（單位：mm）

2）橫梁采用11 號工字鋼制成，在橫梁中部焊制一塊連接板，長度為0.3 m、寬度為0.2 m，連接板四周焊制4 個直徑為28 mm 卡纜固定孔；縱梁上同樣焊制3 塊連接板。

3）棚腿長度為3.3 m，在棚腿兩側各焊制兩個圓環，圓環布置間距為2.0 m，鋼棚安裝間距為1.5 m，鋼棚安裝后相鄰兩架棚腿之間采用兩根連接桿進行連接。

4）安裝時先安裝棚腿后安裝頂梁，頂梁與棚腿安裝時采用兩道卡箍進行緊固，鋼棚安裝后必須保證頂梁與頂板接觸嚴實，當工作面回采至距第一架鋼棚2.0 m 時，及時拆除第一架鋼棚并進行前移。

4 實際應用效果分析

截止2021 年7 月18109 工作面已回采結束且密閉，18111 工作面已回采150 m，工作面回采期間通過對18109 預抽巷圍巖變形情況進行觀察發現以下情況。

1）18109 預抽巷在未采取加強支護措施前，18111 工作面回撤50 m 后超前30 m 范圍內18109預抽巷圍巖出現變形現象，主要集中在位于工作面側巷幫垮落、頂板與巷幫之間的三角煤柱出現斷裂，頂板出現跨距，頂板下沉量達0.49 m，煤幫收斂量達0.58 m。

2）18111 工作面回采至60 m 處時對18109 預抽巷圍巖采取加強支護措施，支護3 d 后圍巖應力得到了明顯改善，支護8 d 后巷道圍巖變形現象得到了有效控制，實測支護區內頂板最大下沉量為0.19 m，兩幫最大收斂量0.21 m。

5 結語

王家嶺煤礦對18109 預抽巷圍巖采取合理有效的支護技術后，提高了高抽巷圍巖整體穩定性，解決了巷道受二次采動影響出現圍巖破碎、變形等技術難題，實現了高抽巷二次利用，減少了采掘工作面掘進工程量，取得了顯著應用成效。