回采巷道注漿錨索加固機(jī)理及支護(hù)優(yōu)化的實(shí)踐

王 偉

（山東華源礦業(yè)集團(tuán)有限公司友眾煤業(yè)，山東 新泰 271200）

1 概況

友眾煤業(yè)3#煤層厚度為1.33～2.78 m，平均厚度2.16 m；含1～2 層夾矸，夾矸厚度為0.24～0.56 m，平均厚度0.39 m；煤層傾角為3°～12°，平均傾角8°。30104 工作面運(yùn)輸巷位于+1085 m 水平一采區(qū)，存在斷層、仰采、偽頂破碎、頂板淋水、煤壁松軟等難點(diǎn)，30104 運(yùn)輸巷在掘進(jìn)過程中預(yù)計(jì)揭露F59、F92 斷層，巷道布置情況如圖1。

圖1 30104 工作面運(yùn)輸巷道布置平面圖

3#煤頂板為砂質(zhì)泥巖、泥巖，內(nèi)生節(jié)理發(fā)育，易冒頂，頂板較難管理，平均厚度23.92 m；底板為泥巖和砂質(zhì)泥巖，性脆，節(jié)理發(fā)育，平均厚度5.85 m。泥巖頂板抗壓強(qiáng)度27.6～90.7 MPa，整體強(qiáng)度不太高；底板抗壓強(qiáng)度64.1～74.2 MPa，整體強(qiáng)度偏低。頂板來壓時(shí)強(qiáng)度較低部分頂板容易發(fā)生破壞，進(jìn)而造成整個(gè)頂板失穩(wěn)。

30104 運(yùn)輸巷長(zhǎng)度為1 625.7 m，為矩形斷面，斷面寬度× 高度=4.5 m×3 m。掘進(jìn)過程中受30215 工作面采動(dòng)應(yīng)力及斷層影響，巷道在520～570 m 之間的區(qū)域段頂板出現(xiàn)的離層和破碎問題較為嚴(yán)重，必須要對(duì)巷道原來的支護(hù)進(jìn)行優(yōu)化和加固。

2 巷道原支護(hù)方式

30104 運(yùn)輸巷為半煤巖巷掘進(jìn)，采用“錨桿+錨索+鋼筋網(wǎng)+梯子梁+金屬棚子”聯(lián)合支護(hù)，方案為：

（1）頂板。頂板采用“錨桿+錨索”支護(hù)，每排布置3 根錨桿+3 根錨索。錨桿規(guī)格為Φ20 mm×2200 mm 左旋螺紋鋼錨桿，間排距為800 mm×1000 mm，每孔使用CKa2350 型和ck2360 型錨固劑各一卷；錨索規(guī)格為Φ21.6 mm×6500 mm鋼絞線，每根錨索使用2 卷CK2360 的樹脂錨固劑端頭錨固，間排距800 mm×1000 mm，錨索托盤為300 mm×300 mm×15 mm 的Q235 鋼板。

（2）兩幫。兩幫采用“錨桿+梯子梁+鐵公網(wǎng)”永久支護(hù)，每排每幫布置3 根。錨桿規(guī)格為Φ20 mm×2200 mm 左旋螺紋鋼錨桿，間排距為1000 mm×1000 mm，每孔使用CKa2350 型和ck2360 型錨固劑各一卷，每排最上1 根錨桿與頂板的距離設(shè)置為300 mm。30104 工作面運(yùn)輸巷道原支護(hù)方式如圖2。

圖2 30104 運(yùn)輸巷道原支護(hù)方式示意圖（mm）

3 注漿錨索加固機(jī)理

中空注漿錨索由中空錨桿體、托盤、索具、錨頭、止?jié){塞、螺母等部件組成 ，采用螺旋肋預(yù)應(yīng)力鋼絲加工而成。中空注漿錨索對(duì)破碎圍巖巷道的加固機(jī)理如下：

（1）網(wǎng)絡(luò)骨架作用。注漿加固施工過程中，漿液擠壓或滲透至煤巖體裂隙中，漿液在煤巖體裂隙中固結(jié)后組成了網(wǎng)絡(luò)骨架，起到了加固作用。

（2）黏結(jié)補(bǔ)強(qiáng)作用。巷道在掘進(jìn)過程中破壞了原煤巖體的應(yīng)力平衡，巷道圍巖應(yīng)力重新調(diào)整，漿液在煤巖體裂隙中固結(jié)后的黏結(jié)補(bǔ)強(qiáng)作用有效地提高了巷道圍巖的穩(wěn)定性。

（3）對(duì)巷道圍巖形成的壓密作用。注漿漿液可充填至封閉裂隙和孔隙，對(duì)煤巖體起到壓密作用，提高巷道圍巖的穩(wěn)定性。

（4）中空注漿錨索與錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)方案可有效提高巷道穩(wěn)定性，提高支護(hù)效果。

4 注漿錨索加固巷道優(yōu)化方案

4.1 優(yōu)化支護(hù)方案

基于30104 運(yùn)輸巷頂板地質(zhì)條件分析，在30104 運(yùn)輸巷原有支護(hù)方式基礎(chǔ)上，對(duì)其進(jìn)行中空注漿錨索加固優(yōu)化支護(hù)方案設(shè)計(jì)[1-6]，如圖3。

圖3 30104 運(yùn)輸巷優(yōu)化支護(hù)方案示意圖（mm）

中空注漿錨索確定選用Φ22 mm×7300 mm，錨索托盤規(guī)格為300 mm×300 mm×16 mm，錨固劑選用MSZ2835。在巷道原支護(hù)每2 排錨桿中間位置打設(shè)注漿錨索，間排距1600 mm×2000 mm，距巷道中心線距離800 mm，錨索長(zhǎng)度7300 mm。

4.2 注漿施工流程與工藝分析

注漿施工的流程和工藝：

（1）采用頂板錨桿鉆機(jī)按間排距1600 mm×2000 mm 鉆注漿錨索鉆孔。

（2）壓風(fēng)掃孔。打完注漿錨索鉆孔后，對(duì)孔內(nèi)泥水和巖煤粉進(jìn)行清理。

（3）安裝注漿錨索及止?jié){塞。給打好的注漿錨索鉆孔內(nèi)裝入錨固劑→裝入2 卷MSZ2835 樹脂錨固劑→啟動(dòng)錨桿機(jī)將錨固劑頂入孔底→攪拌15～25 s →錨桿機(jī)落下、退出錨桿機(jī)→鋼絞線外露150～250 mm →距錨索端頭300 mm 位置安裝止?jié){塞。

（4）安裝錨索托盤張拉預(yù)緊，預(yù)緊力≥180 kN。

（5）安裝球形閥及注漿管。根據(jù)注漿孔深度安裝已準(zhǔn)備好的注漿管，注漿管安裝前要用棉紗纏在馬牙扣上，用打管器把注漿管打牢、固定好。注漿管安好后，先安球形閥，再安四通及卸壓閥，最后連接注漿管。

（6）注漿管路連接好后，打開其他注漿管閥門，開始注漿。根據(jù)進(jìn)漿情況，注意注漿壓力，串漿立即關(guān)閉該孔閥門，達(dá)到設(shè)計(jì)注漿壓力，即可停止注漿。關(guān)閉注漿閥門時(shí)，打開卸壓閥，沖洗注漿泵。

（7）注漿完畢后必須開啟注漿泵上的卸壓球閥，待注漿管路內(nèi)壓力釋放后，卸下注漿器，將絲堵擰緊上牢。

5 效果分析

為有效檢驗(yàn)30104 運(yùn)輸巷頂板注漿錨索加固支護(hù)優(yōu)化后的效果，在30104 運(yùn)輸巷原支護(hù)方式巷道內(nèi)布置測(cè)站1，在注漿錨索加固支護(hù)優(yōu)化后巷道內(nèi)布置測(cè)站2，觀測(cè)時(shí)間設(shè)置為80 d，對(duì)注漿錨索加固支護(hù)優(yōu)化后的支護(hù)效果進(jìn)行對(duì)比分析。如圖4。從圖4 分析可知：30104 運(yùn)輸巷原支護(hù)方式巷道內(nèi)頂板最大下沉量為273 mm，兩幫最大移近量為76 mm，在注漿錨索加固支護(hù)優(yōu)化后巷道頂板最大下沉量17 mm，兩幫最大移近量58 mm，減小幅度達(dá)到93.8%；兩幫移近量從76 mm 減小至58 mm，30104 運(yùn)輸巷頂板變形量降低后，也提高了兩幫穩(wěn)定性。

圖4 測(cè)站1 和測(cè)站2 巷道圍巖變形量