注漿錨索在綜采工作面回采巷道超前支護(hù)中的應(yīng)用

朱 峰

（汾西礦業(yè)南關(guān)煤業(yè)公司，山西 靈石031304）

引言

受采動(dòng)壓力影響回采巷道圍巖容易變形，給采面正常生產(chǎn)帶來一定的不利影響，為此《煤礦安全規(guī)程》要求采面超前支護(hù)距離應(yīng)在20 m以上[1-2]?，F(xiàn)階段回采巷道超前支護(hù)一般選用以錨網(wǎng)索為主的主動(dòng)支護(hù)方式及以單體、π型梁、超前支撐液壓支架等為主的被動(dòng)主護(hù)方式[3]。主動(dòng)支護(hù)方式具有適用性強(qiáng)、支護(hù)方式簡單等優(yōu)點(diǎn)，但是也存在支護(hù)效率及支撐強(qiáng)度低、支護(hù)材料不可循環(huán)利用問題；被動(dòng)支護(hù)具有支護(hù)強(qiáng)度高、速度快等優(yōu)點(diǎn)，但會(huì)對(duì)巷道原有的支護(hù)體系造成一定的影響[4-6]。以山西某礦1605綜采工作面沿空留巷巷道超前支護(hù)為工程背景，將注漿錨索應(yīng)用到巷道超前支護(hù)中，在確保巷道圍巖穩(wěn)定的前提下實(shí)現(xiàn)了節(jié)約支護(hù)成本以及提高勞動(dòng)效率目的。

1 工程概況

1.1 采面概況

某礦1605綜采工作面走向、傾向長分別為980 m、152 m，北側(cè)為已回采完畢的1603采面采空區(qū)，南側(cè)為圈定的1608采面（實(shí)體煤）。1605綜采工作面開采的6號(hào)煤層埋深620 m，煤厚3.1 m，傾角10°，具體6號(hào)煤層頂?shù)装鍘r性參數(shù)見表1。

表1 6號(hào)煤層頂?shù)装鍘r性

1.2 沿空留巷支護(hù)情況

1605綜采工作面回風(fēng)巷采用沿空留巷形式布置，巷道采用切頂卸壓+錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)形式對(duì)圍巖進(jìn)行控制，具體支護(hù)斷面見圖1所示。

圖1 留巷巷道支護(hù)設(shè)計(jì)圖（單位：mm）

在巷道留巷過程中，由于巷道圍巖受采用影響顯著，為降低動(dòng)壓對(duì)巷道圍巖造成的影響，留巷滯后段選用單體支柱+π型梁組成“一梁四柱”支護(hù)形式對(duì)圍巖進(jìn)行控制。在采面后方留巷幫擋矸支護(hù)選用“鋼筋網(wǎng)+金屬網(wǎng)+U型鋼（可伸縮）+槽鋼拉桿”方式。由于留巷巷道在采面前方受到采動(dòng)壓力影響明顯，部分單體支柱+π型梁組成“一梁四柱”支護(hù)給頂板錨桿（錨索）支護(hù)體系造成顯著影響，導(dǎo)致頂板變形量較大?，F(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)在超前支護(hù)段錨桿、錨索損壞率分別為53.6%、47.5%。為了降低單體超前支護(hù)對(duì)原有支護(hù)體系影響，礦井決定選用注漿錨索進(jìn)行超前支護(hù)。

2 注漿錨索在回采巷道超前支護(hù)中應(yīng)用

2.1 注漿錨索施工方案

2.1.1 施工參數(shù)

在1605綜采工作面回風(fēng)巷采用注漿錨索進(jìn)行超前支護(hù)，以便取消單體支柱支護(hù)。根據(jù)6煤頂?shù)装鍘r性（表1）可知，采面直接頂、基本頂分別為4.7 m砂質(zhì)泥巖、7.6 m細(xì)粒砂巖。注漿錨索的錨固端應(yīng)在處于堅(jiān)硬的穩(wěn)定巖層中，因此，將注漿錨索長度設(shè)計(jì)為7.6 m。

在采面回風(fēng)巷超前支護(hù)段選用規(guī)格為Φ22mm×7 600 mm注漿錨索（中空）對(duì)頂板進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。由于該回風(fēng)巷為沿空留巷巷道，若僅在靠近上幫頂板位置布置一排注漿錨索時(shí)，當(dāng)采空區(qū)頂板垮落后有可能會(huì)造成頂板錨索失效，因此為了提升頂板支護(hù)強(qiáng)度確保頂板巖層穩(wěn)定，決定在頂板布置2排注漿錨索，一排與上幫間距200 mm、一排與下幫間距1 200 m，2排注漿錨索布置呈“三花眼”狀，間距均為1 600 mm。注漿錨索施工完畢后將張拉力提升至16 MPa，注漿后立即將張拉力提升至40 MPa。

2.1.2 施工步驟

在施工注漿錨索段應(yīng)提前鋪設(shè)好壓風(fēng)、壓水管路，并將鉆機(jī)、注漿錨索、錨固劑等設(shè)備材料布置到指定地點(diǎn)。注漿錨索施工步驟：

1）先在巷道頂板指定位置鉆進(jìn)錨索眼、對(duì)錨索進(jìn)行錨固并安裝直漿塞，隨后再安裝錨索托盤及錨具，進(jìn)行初次張拉。

2）每個(gè)注漿錨索均采用2支錨固劑錨固，注漿錨索超前采面支護(hù)距離控制在30 m以上。

3）初次張拉將張拉力提升至16 MPa后，對(duì)鉆孔進(jìn)行注漿，注漿完成后立即對(duì)錨索進(jìn)行二次張拉，將張拉力提升至40 MPa。

4）當(dāng)頂板巖層較為穩(wěn)定時(shí)可選用先施工注漿錨索后集中注漿方式提高施工效率，但當(dāng)頂板較破碎或頂板壓力較大時(shí)應(yīng)采在注漿錨索施工完畢后立即注漿加固。當(dāng)注漿錨索施工點(diǎn)位置有鋼筋梯、錨桿等影響可適當(dāng)調(diào)整施工位置并應(yīng)確保調(diào)整距離在500 mm以內(nèi)。

2.2 注漿參數(shù)

1）注漿時(shí)機(jī)。注漿時(shí)機(jī)根據(jù)1605回風(fēng)巷頂板巖層巖性及變形監(jiān)測(cè)結(jié)果確定，當(dāng)頂板變形無異常時(shí)可在超前采面30～50 m位置開始布置注漿錨索。

2）注漿材料?，F(xiàn)階段煤礦井下注漿材料一般選用有機(jī)材料、無機(jī)材料兩大類，其中有機(jī)材料一般用于快速封堵、防治水等，無機(jī)材料（以硅酸鹽水泥為代表）一般用以圍巖加固、裂隙封堵等。在1605回風(fēng)巷注漿時(shí)選用無機(jī)材料作為注漿材料。無機(jī)材料中不同添加劑、水灰比配備得到的材料黏度、流動(dòng)性存在明顯差異。根據(jù)以往注漿材料為普通硅酸鹽水泥+添加劑（水泥分散劑），具體水灰質(zhì)量比為0.7∶1，添加劑添加量為水泥用量的10%。

3）注漿壓力。根據(jù)以往注漿經(jīng)驗(yàn)，將注漿壓力確定為4 MPa，并根據(jù)注漿結(jié)果適當(dāng)對(duì)注漿壓力進(jìn)行調(diào)整。

3 支護(hù)效果分析

采用鉆孔窺視以及圍巖變形監(jiān)測(cè)方法對(duì)注漿錨索超前支護(hù)效果進(jìn)行分析。

3.1 鉆孔窺視

在注漿錨索超前支護(hù)段布置3個(gè)窺視鉆孔對(duì)注漿加固效果進(jìn)行窺視，具體部分窺視鉆孔成果圖見圖2。

圖2 鉆孔窺視圖像

從圖中看出，通過注漿錨索超前注漿加固后，巷道頂板上覆巖層中的裂隙得以被充填，在窺視鉆孔周邊可清晰看到水泥漿充填痕跡。注漿后漿液在覆巖裂隙中均勻擴(kuò)散，采用注漿錨索可顯著提升巷道頂板巖層穩(wěn)定性及承載能力。

3.2 圍巖變形監(jiān)測(cè)

待注漿錨索施工完畢后逐漸降低原支護(hù)強(qiáng)度，具體為：將超前采面前方20 m以外單體支柱間距由700 mm±100 mm提升至1 400 mm±100 mm，通過1個(gè)月監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)頂板下沉量在8 mm以內(nèi)；隨后將采面20 m超前支護(hù)段的液壓支架改為間距1 400 mm±100 mm單體支護(hù)，并監(jiān)測(cè)到頂板下沉量在15 mm左右，圍巖整體保持穩(wěn)定。為了確保巷道圍巖穩(wěn)定，在巷道超前支護(hù)段中部留設(shè)一排單體作為信號(hào)柱監(jiān)測(cè)頂板變形情況。

在1605回風(fēng)巷采用注漿錨索代替原有的超前支護(hù)方式對(duì)巷道圍巖進(jìn)行控制，在采面回采期間及后期留巷期間回風(fēng)巷圍巖變形均在安全范圍內(nèi)，可確保采面回采及巷道使用安全。

4 結(jié)論

1）采用注漿錨索對(duì)采面回采巷道注漿加固后，巷道頂板巖層穩(wěn)定性及承載能力均得以改善，可提升巷道原有支護(hù)提升圍巖控制能力。

2）現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，巷道在采面回采期間頂板下沉量最大為15 mm，在采面后方最大下沉量為156 mm，頂板巖層控制效果明顯。