注漿錨索在綜采工作面超前支護中的應用研究

尉宏斌

（山西焦煤霍州煤電呂梁山煤電有限公司，山西霍州 031400）

市場經(jīng)濟快速發(fā)展，對煤炭資源的需求也日益增大，要求煤炭行業(yè)朝著高產(chǎn)、高效和安全生產(chǎn)的方向發(fā)展。但是受井下復雜地質條件以及礦山壓力的影響，煤礦井下的支護，一直是制約煤礦安全生產(chǎn)及高效生產(chǎn)的關鍵因素之一。從整體現(xiàn)狀來看，工作面的基本支護技術已經(jīng)較為成熟，能夠滿足不同地質條件下工作面支護。然而工作面超前支護技術則發(fā)展較為緩慢，突出的問題是超前支護操作復雜、對通風不利和對運輸影響大等，嚴重制約著回采工作面生產(chǎn)的效率。

回采巷道超前支護段在采動壓力影響下圍巖變形量較大，給煤炭回采帶來一定制約。煤礦安全規(guī)程對采面巷道超前支護有明確要求，現(xiàn)階段礦井回采巷道常用超前支護方式包括有超前支架、π型梁、單體支柱等，采用的超前支護方式多為被動支護，被動支護雖然具有支護強度高特點，但是也存在作業(yè)人員勞動強度大、反復支撐導致頂板破碎、支護設備占用大量空間降低通風及運輸斷面等問題。霍州煤電木瓜礦10-206工作面以往采用液壓支架+單體支柱超前支護方式，雖然能夠在一定程度上控制巷道超前段圍巖變形，但由于單體液壓支柱容易造成頂板破碎、單體支柱需要耗費大量人力及兩者成本高、運輸難度大等缺點，給采面高效生產(chǎn)帶來一定制約[1-2]。因此，該礦提出采用補強注漿錨索超前加固巷道超前段圍巖，最后成功實現(xiàn)了巷道注漿錨索完全替代液壓支架進行超前支護。

1 礦井工作面地質概況及支護方案

1.1 礦井工作面地質概況

霍州煤電木瓜礦位于山西省呂梁方山縣大武鎮(zhèn)木瓜村，井田面積10.63km2，礦井核定生產(chǎn)能力1.5Mt/a。10-206 工作面主采10#煤層，10-206 輔運順槽設計全長1775m，擔負著10-206 回采工作面的運輸、回風、行人等任務。10-206輔運順槽超前支護采用單體液壓支柱支護。10#煤層硬度為3，結構較穩(wěn)定，含有1~3 層砂質泥巖夾矸（夾矸均厚0.38m）。開采范圍內(nèi)10號煤厚度2.7~3.4m（均值3.1m）、傾角2°~8°（均值5°）。10-206工作面煤層直接頂為6.7m厚的中粒砂巖，老頂為5.6m厚的砂質泥巖，底板穩(wěn)定性較好，裂隙不發(fā)育；直接底為砂質泥巖。煤層頂?shù)装鍘r體穩(wěn)定，對煤炭開采影響較小[3-4]。具體頂?shù)装鍘r性如圖1所示。

圖1 煤層綜合柱狀圖

1.2 綜采工作面原有回采巷道超前支護方案

10-206工作面綜采設備主要包括MG400/930-WD采煤機，截深為0.8m，配合SGZ880/800 可彎曲刮板輸送機、SZZ1000/375 轉載機及可伸縮SSJ1000/3×160 帶式輸送機運煤。

210-206 輔運順槽超前支護采用單體液壓支柱方式，超前支護距離為20m，支設雙排單體柱，非行人側距幫0.8m、行人側距幫2.0m，柱距、排距分別為2.0m、1.0m；單體柱配椎350mm 尼龍柱帽及椎400mm 柱鞋。柱徑110mm、100mm、80mm 的單體液壓支柱提供的初撐力分別應控制在15MPa、12MPa、11.5MPa以上。10-206 輔運順槽繞巷原超前支護斷面圖及平面圖如圖2所示。超前支護用的單體液壓支柱容易增加頂板破碎程度、單體支柱需要耗費大量人力及兩者成本高、運輸難度大等缺點，給采面高效生產(chǎn)帶來一定制約[5]。

2 注漿錨索在超前支護中的應用

2.1 布置方案

根據(jù)木瓜礦10-206輔運順槽前期頂板條件并結合工程類比法，具體超前注漿錨索布置技術參數(shù)為：注漿錨索“2-1”布置，間排距1600mm、1000mm（每三根為一組，每組排距3000mm），垂直頂板施工；注漿錨索規(guī)格為1×8 股、椎21.8×7200mm；托盤為300mm×300mm×16mm 高強度鼓形托盤；錨索用1 支CK234、2 支Z2360錨固劑錨固；同排施工2 根注漿錨索時，錨索用長度2000mm的W鋼帶連接，鋼帶厚度不小于3mm；注漿錨索安裝張拉力不得小于260kN；外露長度為露出鎖具150~250mm[6]。具體注漿錨索超前支護設計如圖3所示。

圖3 注漿錨索超前支護布置示意圖（單位：mm）

2.2 注漿工藝

（1）注漿材料。通過大量現(xiàn)場試驗及市場經(jīng)濟性分析對比，在10-206 輔運順槽超前支護中注漿錨索注漿材料可選用425 普通硅酸鹽水泥，水灰配比調(diào)制為0.8，同時在漿液里面添加4%的ACZ-I添加劑。采用此類注漿材料進行巷道頂板圍巖加固，不僅可對頂板圍巖力學性質起到一定強化效果，而且價格較低，原材料來源廣泛，節(jié)省工作面回采前期資金投入。

（2）注漿時機。注漿時機根據(jù)工作面回采期間超前范圍內(nèi)頂板圍巖裂隙發(fā)育及破壞特征的動態(tài)演化規(guī)律進行確定。根據(jù)山西某礦10-206輔運順槽繞巷井下注漿經(jīng)驗建議，應在超前工作面15~40m范圍內(nèi)注漿。

（3）注漿壓力。結合注漿施工過程的設備功耗，注漿施工作業(yè)的合理注漿壓力為3~4MPa，可實現(xiàn)漿液在巷道頂板裂隙中擴展、提升注漿效果，同時又有利于確保工作面安全高效生產(chǎn)[7-8]。

（4）注漿時間。根據(jù)井下地質條件及注漿工作總結，10-206 輔運順槽繞巷合理注漿時間為60~180s，同時可根據(jù)地質條件進行適當調(diào)整。現(xiàn)場采用的注漿工藝如圖4所示。

圖4 注漿系統(tǒng)工藝示意圖

3 現(xiàn)場應用效果分析

木瓜礦10-206輔運順槽使用注漿錨索代替單體支柱進行超前支護，現(xiàn)場應用后巷道超前支護段實拍圖如圖5所示。注漿錨索主動式超前支護技術具有施工工藝簡單、機械化程度高、適用性廣、回采工作面作業(yè)空間大的優(yōu)點。注漿錨索主動式超前支護的主要作用是阻止巷道頂板原有裂隙進一步擴展及連通；通過注漿加固頂板圍巖破碎區(qū)域，提高頂板承載能力。相較于傳統(tǒng)單體液壓支柱，注漿錨索可提高頂板巖體穩(wěn)定性并充分發(fā)揮圍巖自穩(wěn)能力，維護巷道圍巖穩(wěn)定的目的[9-10]。

圖5 巷道超前注漿錨索支護效果

4 結論

（1）木瓜礦10-206工作面輔運順槽通過采用注漿錨索支護技術，頂板圍巖得到了更為有效的控制，避免了前采后整的被動局面，工人作業(yè)安全保障系數(shù)得到了提升；同時支護工作量降低，減輕了工人的勞動強度。

（2）10-206 工作面輔運順槽“注漿錨索超前支護”技術，取消了超前段單體支護，避免了人工支設、回撤單體可能出現(xiàn)的倒柱傷人等事故，降低了勞動強度；注漿錨索便于機械化作業(yè)，提升支護效率；減少了超前段支護設備、設施的占用空間，為現(xiàn)場生產(chǎn)提供了更多的有效空間。

（3）主動式超前支護技術簡化了施工工序，減少了工作量，加快了綜采工作面推采速度，對目前綜采工作面的安全、高效生產(chǎn)適用性更好。