朱 敬 曲延倫

（1.兗州煤業(yè)股份有限公司鮑店煤礦，山東省鄒城市，273513；2.兗礦集團生產(chǎn)技術部，山東省鄒城市，273500）

鮑店煤礦103下03工作面位于十采區(qū)北部，是十采區(qū)3下煤層第三個區(qū)段的工作面，東起103下03切眼，西至設計停采線，北鄰回采完的103下02工作面，南與尚未開采的103下04工作面相鄰（103上01、103上02、103上03、103上04、103下01、103下02工作面均已回采完畢）。該工作面上部為已回采完畢的103上03工作面。由于103下02工作面回采結束的時間較短，采空區(qū)處于壓力未穩(wěn)定期內(nèi)，沿空掘巷勢必受到動壓影響，巷道會出現(xiàn)不同程度的破壞和變形，影響行人、運輸和通風安全。例如103下02工作面沿空施工巷道時壓力較大，至工作面回采時巷道縮進量已達到2.5m。為確保該巷道安全施工及有效地控制巷道變形，我們采取加強支護措施，其效果顯著。

1 概述

山西組3下煤層，厚度3.00～3.47 m，平均3.26m，黑色，暗煤為主，夾鏡煤及絲炭條帶或薄層，性脆易碎，硬度f＝3.1；預計工作面內(nèi)局部發(fā)育有硬質煤體，最大厚度1.6m。工作面內(nèi)煤層產(chǎn)狀變化較大，總體趨勢為西高東低；工作面中西部較平緩；受兗州向斜影響，東部煤層傾角較大。十采區(qū)3下煤層與3上煤層之間的層間距平均厚約11.91m左右。該工作面范圍內(nèi)情況如下：

煤層偽頂不發(fā)育。

煤層直接頂為粉砂巖，厚度0.48～2.82 m，平均1.62 m，深灰色，致密較堅硬，泥質膠結，裂隙較發(fā)育，比較破碎，硬度f＝4～6。

煤層老頂為中砂巖、粉細砂巖互層，厚度6.35～12.50m，平均9.67m；中砂巖，灰白色，成分主要為石英長石，泥鈣質膠結，堅硬致密，硬度f＝8～10；粉細砂巖互層，灰－灰白色，成分以石英長石為主，含少量黑色礦物，斜層理和波狀層理發(fā)育，硬度f＝8。

煤層直接底為粉砂巖，厚度0.15～3.11 m，平均1.01m，深灰色，主要成分為石英，次之為長石，泥質膠結，致密堅硬，硬度f＝4～6，富含植物根部化石。

煤層老底為粉細砂巖互層，厚度11.48～13.17m，平均12.20 m，灰色，以細砂巖為主，夾粉砂巖條帶，水平層理發(fā)育，泥鈣質膠結，成分以石英長石為主，致密堅硬，硬度f＝6～8。

回采完的103下02工作面，位于103上02工作面下方，工作面軌道巷沿103下01采空區(qū)施工，受其動壓影響，自掘進開始巷道即開始變形，直至回采時變形量已經(jīng)達到2.5m，嚴重影響巷道的通風、行人及運輸。巷道支護采用錨網(wǎng)錨索支護，錨索僅在頂板布置，每隔一排在巷道中部位置施工一根錨索，幫部各施工4根錨桿。鑒于103下02工作面沿空巷道施工的情況，我們必須改變原有的支護方案，進一步加強頂板及兩幫支護強度，以有效地控制巷道變形量。為加強103下03沿空側軌道巷圍巖的支承能力和支護強度，初步擬定支護方案為：兩幫均施工錨索，且沿空側幫補施工注漿錨索，頂部加密錨索施工密度。

2 支護方案及參數(shù)

2.1 支護方案

初期，103下03軌道巷頂部施工6根錨桿，兩幫各施工4根錨桿，頂部錨桿間排距為800mm×900 mm，不布置錨索時為800（400）mm×900mm（±50 mm），布置錨索時為沿空側800（1200）mm×900 mm、非沿空側800（400、1600）mm×900mm。為加強103下03軌道巷幫部支護，施工至103下02工作面停采線位置后施工幫部錨索。沿空側幫部每隔2排施工1根3.5m長錨索，排距為2700mm，錨索布置在幫部肩窩下第1根錨桿位置，用錨索代替錨桿加強支護，與水平方向成25°仰角；幫部肩窩下第4根錨桿選用直徑22 mm、長度2000mm的等強度螺紋鋼錨桿，與水平方向成30°俯角。非沿空側幫部（南幫），每隔2排施工2根5m長錨索，水平布置，間排距為1200 mm×2700mm，第1根錨索布置在幫部肩窩下第1根錨桿與第2根錨桿中間位置，第2根錨索布置在幫部肩窩下第3根錨桿位置，用錨索代替錨桿加強支護。巷道支護斷面見圖1。

掘進工作面推進100m后，再對后部巷道沿空幫部采用新型注漿錨索支護，長度2500 mm，錨索間排距1200mm×1500mm，在兩排錨桿之間施工，并及時注漿。幫部支護示意圖見圖2。

2.2 支護材料

（1）錨桿。頂部采用桿體型號為MSGLW—500、規(guī)格為MLⅣ22／2400Q／YZK 031型錨桿進行錨固。兩幫采用桿體型號為MSGLW—500、規(guī)格為MLⅣ20／2000Q／YZK 031型錨桿進行錨固（103下03軌道巷北幫肩窩下第4根錨桿采用桿體型號為MSGLW—500、規(guī)格為MLⅣ22／2000Q／YZK 031型錨桿進行錨固）。

（2）托盤。托盤規(guī)格尺寸不小于100 mm×100mm×10mm，其承載力應不小于桿體屈服載荷。

（3）頂部鋼帶。頂部布置GDⅡT 140／20Q／YZK 034鋼帶，鋼帶垂直中心線，為增加錨桿孔處的強度，錨桿另加托盤。

（4）金屬網(wǎng)。采用LW 40／3－S Z－1×7.5（3）Q／YZK 037菱形網(wǎng)。頂部滿背，兩幫鋪至幫部最下一根錨桿。金屬網(wǎng)搭接不少于50mm，搭接牢固，每隔150mm（±50mm）聯(lián)一扣，每扣擰夠3圈，扣扣相連，無網(wǎng)兜。

（5）鋼筋梯。103下03軌道巷幫部布置GT 12／3300Q／YZK 035鋼筋梯，兩幫呈“︱”字型布置，加工材質采用? 12mm的鋼筋加工，連接壓茬牢固，緊貼壁面。

圖1 巷道支護斷面圖

圖2 幫部支護示意圖

（6）錨索。頂部采用桿體型號為SKP 22－1／1700、規(guī)格為S K 22／5－1700Q／YZK 078錨索，幫部采用桿體型號為SKP 22－1／1700、規(guī)格為S K 22／5（3.5）－1700Q／YZK 078錨索。如地質情況出現(xiàn)變化，要根據(jù)現(xiàn)場情況調(diào)整錨索長度。5m長錨索錨固端采用2卷型號為MSCK 25／60Q／YZK 033樹脂錨固劑進行錨固，3.5m長錨索錨固端采用1卷型號為MSCK 25／60Q／YZK 033樹脂錨固劑進行錨固。錨索用的托盤為矩形，采用Q 235 A、抗拉強度375MP a及其以上、厚度為20 mm的普通碳素鋼板加工，托盤中心孔直徑比鋼絞線直徑應大2mm，規(guī)格為220mm×220mm。無論采用何種形式和材料的托盤，其承載力應與錨索極限載荷相匹配。

沿空幫部注漿錨索，采用? 22mm×2500mm、螺旋肋鋼絲樹脂端錨螺旋鎖緊中空注漿錨索，強度級別為1860MP a，單股破斷載荷不低于250k N。

3 注漿錨索應用機理

圍巖使用注漿錨索加固是一種改善圍巖結構及其力學性質、提高圍巖自撐能力、降低支護成本、緩解巷道頂幫及底板壓力、改善巷道支護效果進行超前支護的有效方法。新型注漿錨索應用機理有：

（1）水泥漿液把圍巖和各種弱面充實，并把弱面和四周巖體重新膠結起來。

（2）注漿錨索先用專用錨索攪拌頭，進行錨索端錨，然后采用注漿實現(xiàn)全長錨固，將其錨固范圍內(nèi)的巖層用雙股高強度籠形注漿端錨錨索加固并施加一定預應力，在錨索的壓應力作用下，其錨固范圍內(nèi)的巖層產(chǎn)生壓縮，使其形成一整體，具有懸吊、擠壓、組合梁等作用，從而提高圍巖的整體穩(wěn)定性及其力學性能，增強巷道抗動壓變形的系數(shù)。

（3）支護高度增大，有效緩解巷道頂板壓力，使頂板應力向巷道周圍分解，有效減少巷道頂部壓力。

（4）注漿錨索配合加強鋼筋梯和金屬網(wǎng)，使巷道成牢固的整體，避免因變形掉落矸石傷人。

4 注漿材料、設備和施工工藝

4.1 注漿材料

水泥漿采用普通R 32.5硅酸鹽水泥，每袋50 kg，注漿添加劑為ACZ－Ⅰ，其配比為水∶水泥∶添加劑＝1∶（2～3）∶（0.16～0.24）。開動攪拌機，先將清水加入到拌料桶內(nèi)，再按比例加入水泥，水泥要粗篩去除雜質，混合攪拌均勻，攪拌時間不少于5m in，再按比例加入ACZ－Ⅰ注漿添加劑。漿液應混合均勻，無團塊，應特別注意桶角和邊上的材料，漿液不應過稠。攪拌均勻并使水泥呈漿狀后即可注漿。封孔材料采用細棉紗和快硬水泥，封堵長度不小于200mm。

4.2 注漿設備

采用Q B Z 20／7.0型氣動便攜式注漿泵對注漿錨索進行注漿，主要技術參數(shù)如下：

氣源壓力：0.5～0.63MP a；氣缸直徑：? 250mm；輸出壓力：6MP a；出漿量：50L／m in；耗氣量：42m3／h；重量：130kg。

水泥漿攪拌機采用D L 208型風動攪拌設備。

4.3 施工工藝

注漿錨索施工工藝為：打眼→安裝固定錨索→壓梯子網(wǎng)掛網(wǎng)→上托盤、緊固錨索→封孔→注漿。

5 注漿錨索加固效果觀測

施工過程中，巷道受未穩(wěn)定區(qū)動壓影響，頂幫出現(xiàn)輕微開裂。根據(jù)礦壓觀測資料（見表1），注漿后巷道幫頂位移最大處1.6 m，一般為0.7～0.9m，沒有出現(xiàn)大的冒頂片幫現(xiàn)象，保證了工作面順利通過。工作面通過時巷道幫頂位移量較103下02面顯著減少，有效減少了巷道維修工程量，加強了幫頂?shù)闹ёo強度，取得了良好的支護效果。

表1 103下03軌道巷測點觀測情況 mm

從表1可以看出，巷道頂、底板變形量較小，在10個測點中只有1處頂板下沉較多。巷道寬度普遍出現(xiàn)變形，達到1.6m的只有1處，其余均小于1.0m。從整體情況看，該巷道采取強化支護措施后效果顯著，較103下02沿空巷道變形量縮減了60%。

6 經(jīng)濟和社會效益

每米巷道注漿錨索加固的材料費用包括高強度錨索、注漿管、水泥、添加劑等，共計423.5元；每米巷道架棚支護的材料費用包括U型棚、坑木等，共計1498.6元。采用注漿錨索加固比金屬支架架棚，每米可節(jié)約支護材料費用1075.1元。

同時，減少了巷道修復量，避免了巷道損壞而造成的損失，保證工作面正常通風需求，保證礦井安全生產(chǎn)接續(xù)，其效益不可估量。

與傳統(tǒng)架棚支護相比，施工方法簡單、快速，減輕了工人的勞動強度，減少了輔助運輸量，提高了安全可靠程度，效益顯著。注漿錨索施工設備輕便，施工工藝簡單，便于掌握，具有廣闊的推廣前景。

注漿錨索是一種適應破碎帶、裂隙發(fā)育區(qū)及沿空煤巖柱的有效加固方式，為巷道的有效利用奠定了基礎，并為沿空巷道支護提供了一條新的有效途徑。

［1］ 錢鳴高，劉聽成.礦山壓力及其控制［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，1991

［2］ 郭周克.中厚煤層沿空留巷技術探索與應用［J］.中國煤炭，2009（6）

［3］ 何滿湖等.中國煤礦錨桿支護理論與實踐.北京：科學出版社，2004

［4］ 朱川曲，王衛(wèi)軍，施式亮.綜放沿空掘巷圍巖穩(wěn)定性分類模型及應用［J］.中國工程科學，2006（3）