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摘要：針對“三軟”煤層巷道支護和維護困難的問題，結合１５１３０ 工作面地質條件，通過分析煤層巷道圍巖破壞機理，提出中空錨索注漿加固技術，分別針對巷道掘進、回采及過地質構造帶３ 種條件制定支護設計，通過進行現場礦壓觀測，巷道圍巖變形量得到有效控制，滿足了工作面安全生產的需要。
關鍵詞： “三軟”煤層； 中空錨索； 注漿加固； 支護設計
０引言
新安煤礦煤層具有煤層厚、埋藏深及地應力大等特點，煤層直接頂、底為泥巖或炭質泥巖，遇水易膨脹，屬于典型的“三軟”不穩定煤層。礦井巷道支護存在變形量大、維修工程量大及成本高等難題，嚴重制約了安全生產，實踐證明該礦現有的支護方式和以往的支護經驗無法滿足深部厚煤層巷道安全生產要求。若不解決上述問題將給該礦巷道支護和安全生產帶來很大的困難，因此，亟需對此類巷道支護難題進行研究，采用新的支護技術和支護工藝，促進礦山安全生產，提高經濟效益。
１工程概況
１５１３０工作面位于１５采區東翼，上鄰１５１１０已回采工作面，下鄰１５１５０工作面；西鄰１５采區回風下山；東鄰采區保護煤柱，平均埋深２５２ｍ。１５１３０下巷設計長度７２０ｍ，沿二１煤層底板掘進，巷道斷面設計根據該巷道通風、運輸、行人、設備安裝等需要，考慮到巷道允許最大變形后仍滿足各項要求，巷道斷面形狀設計為矩形斷面，采用錨網索支護，設計斷面規格：寬×高＝５６００ｍｍ×３２００ｍｍ，巷道斷面面積Ｓ＝１７．９ｍ２。根據１５采區和相鄰１５１１０工作面下巷已揭露的地質資料分析：１５１３０工作面二１煤煤層頂底板起伏較大，煤厚０．１～１１．７ｍ，平均３．３ｍ。煤巖層產狀：走向４５°，傾向１３５°，傾角小于４°～９°，小型褶曲相對發育，工作面地質構造整體上簡單。工作面煤層及頂板強度均為軟弱型，其中煤層和偽頂的ｆ系數僅為１，即抗壓強度１０ＭＰａ，直接頂ｆ系數僅為２，即抗壓強度２０ＭＰａ。
２原支護設計及其缺點分析
１５１３０下巷設計掘進斷面尺寸寬×高＝５６００ｍｍ×３２００ｍｍ，采用“錨網索＋鋼筋梯子梁＋鋼帶”支護形式。１）錨桿布置：頂板布置７根左旋無縱筋錨桿，規格為Ф２２ｍｍ×２５００ｍｍ，間排距為９００ｍｍ×９００ｍｍ；托盤規格為１３０ｍｍ×１３０ｍｍ×１０ｍｍ。每孔采用２節ＭＳＣＫФ２３ｍｍ×５００ｍｍ超快速樹脂錨固劑錨固；錨桿錨固力不低于１００ｋＮ（２５ＭＰａ），預緊力矩不小于２６０Ｎ·ｍ；冷拔絲軋花網規格：Ф４ｍｍ×９００ｍｍ×１６００ｍｍ，冷拔絲軋花網連接方法：２塊網之間正常４９搭接兩格（１００ｍｍ），采用１６＃雙股鍍鋅鐵絲單點捆扎２排、呈三花狀，每一排的捆扎點位于另外一排２個捆扎點的中線上，每排捆扎點間距２００ｍｍ。２）錨索布置：錨索采用Ф１７．８ｍｍ×６０００ｍｍ鋼絞線。頂板條件較好時，采用“３－０－０－３”布置形式，間排距為１４００ｍｍ×２７００ｍｍ；托盤規格為３００ｍｍ×３００ｍｍ；頂板破碎或托頂煤掘進時，采用“４－３－４”布置形式。錨索初始張拉不低于１６０ｋＮ（４２．５ＭＰａ）。每個錨索孔采用３節ＭＳＣＫФ２３×５００ｍｍ超快速樹脂錨固劑。錨固力不低于１６０ｋＮ（４２．５ＭＰａ）。３）兩幫支護：巷道兩幫采用“錨網＋鋼筋梯子梁”支護形式。錨索規格為Ф２２ｍｍ×２５００ｍｍ，間排距為７５０ｍｍ×９００ｍｍ，每側每排５根。結合該礦以往工作面上、下順槽采用“錨網索＋鋼筋梯子梁＋鋼帶”支護經驗：巷道自開口掘進至工作面回采結束，錨桿錨固效果較好，充分發揮了其高延伸率的特點，僅出現個別斷裂現象。通過對錨索支護效果進行分析得出，巷道掘進期間錨索均正常承載，但回采期間尤其是在超前動壓影響區域，較多錨索出現破斷現象，個別錨索受力被拔出導致失效，拉拔力僅為２７ｔ左右，１７．８ｍｍ錨索的理論破斷力為３５ｔ，現階段的錨索破斷力均未達到其極限破壞強度，錨固效果仍有強化空間。
３煤層巷道圍巖變形控制對策及作用機理
針對煤層巷道圍巖變形規律，新安礦在該礦煤層巷道原錨網索支護基礎上，確定了采用中空注漿錨索對巷道頂幫進行錨注加固。其作用機理有以下幾點。
３.１改善圍巖剛度和強度
圍巖裂隙面在注漿加固以后，巖體剛度和抗剪強度都顯著增加。
３.２漿液固結體的骨架作用
漿液注入到被注地層后，擴散到圍巖的裂隙或空隙中，從而在裂隙空隙中而形成條狀或是脈狀的類似人體骨骼的骨架結構可以起到支撐作用。
３.３有效減小圍巖松動圈的范圍
減小圍巖位移，顯著減小支架上的應力大小，使巷道能維持穩定。
３.４注漿加固防止風化
漿液注入到巖層或巖土體內部后，隨著漿液沿著裂隙或縫隙或內部空間的擴散能夠將內部的空氣水分很好地排除，使內部的空間與外部空去隔離，空氣水分無法進去就能夠有效地防止巖層內部空間風化。
４錨注支護參數設計及其合理性驗證
４．１錨注支護參數設計
初步設計為錨桿參數不變。錨索長度調整為中空注漿錨索，錨索長度６．３ｍ，每根錨索使用２卷Ｚ２５５０型錨固劑端錨，預緊力不低于１２０ｋＮ。錨索具體支護參數要以現場實際地質條件進行及時補強加密，不同地質條件的支護參數如下。４．１．１掘進期間錨注支護設計錨索規格：Φ２２ｍｍ×６３００ｍｍ中空注漿錨索。布置方式：結合實際地質條件及工程類比法，采用“３－０－０－３”布置形式，間排距為１４００ｍｍ×２７００ｍｍ，掘進期間錨注支護展開圖如圖１所示。４．１．２回采期間錨注支護設計受到采動影響前，安排在兩排注漿錨索之間補打一排同規格的注漿錨索，每排布置３根。回采期間錨注支護展開圖如圖２所示。４．１．３地質異常區段錨注支護設計在巷道錨注修復工程中，如遇斷層、淋水、采動影響劇烈等地質異常區和構造帶區域，采取高強樹脂錨桿緊跟迎頭施工，并加密頂板及兩幫中空注漿錨索支護措施。頂板采用“４－３－４”方式布置，間排距為１１２０ｍｍ×９００ｍｍ，錨注支護展開圖如圖３所示。
４．２．１注漿加固時機
注漿加固選擇在錨網索施工之后，卸下中空注漿錨索尾部注漿螺母，連接注漿孔迅速注漿。
４．２．２注漿材料的選擇
中空注漿錨索鋼絞線采用預應力螺旋肋加工，其錨固強度、載荷傳遞特性比光面鋼絞線有大幅度的提高。中空鋼絞線由數股螺旋肋預應力鋼絲捻制而成，分為樹脂錨固段和注漿錨固段，其中，樹脂錨固段中心為實心鋼筋，可以實現樹脂端錨；注漿錨固段中心為空心管。注漿材料采用山東安科的ＡＫＭＬ－７０無機錨固料，其具有較好的早強與高強、高流動性和觸變性、微膨脹、與煤體粘結性能好等優良性能。
４．２．３注漿材料的施工
１）在注漿桶內加入適量水后，然后依次加入所需數量的錨固料，邊加邊攪拌，完全加入后必須使用大扭矩攪拌器攪拌快速攪拌至少１０ｍｉｎ以上，在注漿過程中，使用低速攪拌器攪拌，防止凝固。２）針對井下不同的巷道環境，不同的支護條件等因素確定適宜的水料比，通常注漿料水灰比為０．２５～０．３５。３）錨固料充分攪拌后須采用專用注漿設備進行注漿施工，注漿壓力不低于７ＭＰａ。并控制注漿壓力在一定的范圍內（通常在６～９ＭＰａ，不同的基礎條件，所需的注漿壓力不同）。４）注漿結束后，安上注漿螺母，防止漿液回流，同時及時清洗設備。
５錨注支護效果分析
為驗證錨注支護實際應用效果，分別通過表面位移觀測、深基點監測、頂板鉆孔窺視以及圍巖松動圈探測等方法進行了方案效果評價。結果表明：由工作面前方７０ｍ進行不間斷表面位移監測的６個測點的頂板下沉量在３７～４７ｍｍ，平均４１．８ｍｍ；６個測點的幫部收斂量在２５～４３ｍｍ，多數都在４３～５９ｍｍ，平均５１．２ｍｍ。隨著工作面回采，工作面超前３０ｍ范圍內，圍巖位移急劇加大。最大變形主要集中于淺部０～３ｍ，平均為２４．６ｍｍ，深部３～６ｍ的變形量平均為僅為５ｍｍ。巷道幫部一般松動圈僅為１．２ｍ，巷道圍巖的穩定性良好，沒有發生圍巖失穩現象，現階段礦壓監測表明錨注加強支護起到了預期理想效果。
６結語
新安礦結合１５１３０工作面下巷實際地質采礦條件，通過分析煤層巷道掘進、回采期間圍巖變形規律，提出了中空錨索錨固加固技術及注漿加固作用機理，分別針對不同地質條件進行了錨固支護參數設計，通過對礦壓觀測數據進行分析，巷道圍巖的穩定性良好，圍巖變形量得到有效控制，沒有發生圍巖失穩現象，滿足了工作面安全生產的需要。
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作者:陳剛 單位:河南能源化工集團義煤公司生產技術處
