秦艷峰

（汾西礦業(yè)柳灣煤礦，山西 孝義 032300）

0 引言

隨著煤炭開采強(qiáng)度以及深度不斷增加，井下煤炭生產(chǎn)受地質(zhì)構(gòu)造、軟巖、地應(yīng)力以及采動壓力等影響更趨明顯，導(dǎo)致巷道圍巖控制難度較高[1-3]。錨注技術(shù)可提高圍巖承載能力及整體穩(wěn)定性，在軟巖、斷層破碎、高應(yīng)力、高強(qiáng)支護(hù)以及沿空掘巷中應(yīng)用較為普遍，同時眾多的學(xué)者及工程技術(shù)人員對錨注技術(shù)展開研究[4]。受煤層賦存條件惡劣影響，煤礦井下軟巖巷道占比較高，錨注技術(shù)有較好的應(yīng)用前景[5-9]。山西某礦開采煤層為三軟煤層，煤層原始瓦斯含量高，為確保煤炭安全高效回采需布置底抽巷預(yù)抽煤層瓦斯，巷道為松軟破碎圍巖，巷道掘進(jìn)期間面臨變形量大、支護(hù)困難問題，為此，文中提出采用錨注加固技術(shù)支護(hù)巷道圍巖，為后續(xù)使用創(chuàng)造良好條件。

1 工程概況

山西某礦32503 綜采工作面為32 采區(qū)第二個回采工作面，采用回采的5#煤層埋深均值560 m，厚度均值3.7 m、傾角2°～6°，煤質(zhì)為發(fā)熱量高的優(yōu)質(zhì)無煙煤，瓦斯含量在10.5～13.9 m3/t，區(qū)域瓦斯治理采用底抽巷方式。32503 綜采工作面設(shè)計(jì)斜長120 m、推進(jìn)長度890 m，在5#煤層底板下方15～20 m 灰?guī)r內(nèi)布置有32503 底抽巷，巷道設(shè)計(jì)掘進(jìn)工程量為880 m，采用綜掘機(jī)掘進(jìn)，斷面為直墻半圓拱型，巷道采用U型鋼+錨網(wǎng)索支護(hù)方式，具體支護(hù)斷面，如圖1 所示。32503 底抽巷掘進(jìn)區(qū)域內(nèi)地質(zhì)條件較為復(fù)雜，圍巖存在不同程度淋水情況。

圖1 巷道支護(hù)斷面圖（單位：mm）

32503 底抽巷整個斷面布置13 根規(guī)格Φ20 mm×2 400 mm 螺紋鋼錨桿，錨桿排距均為1 000 mm，間距分別為900、700、600 mm；在拱頂布置3 根規(guī)格Φ17.8 mm×6 200 mm 錨索，錨索位于2 排錨桿間，間排距均為2 000 mm；在拱頂及幫部均采用鋼架棚支護(hù)，架棚棚距均為2 000 mm。

2 巷道圍巖變形破壞分析

對巷道巷幫炭質(zhì)泥巖以及底板泥巖進(jìn)行X 射線衍射分析，發(fā)現(xiàn)炭質(zhì)泥巖、泥巖中黏土質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)78.9%，黏土礦物中伊利石及高嶺石質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別可達(dá)到4%、45%，石英質(zhì)量分?jǐn)?shù)為14%，其余的斜長石、菱鐵礦、鉀長石以及斜長石等占比較小。在32503 底抽巷掘進(jìn)迎頭頂部、巷幫以及底板位置取樣。將頂部、巷幫及底部巖樣置于水中，具體巖樣變化情況，如圖2 所示。

圖2 不同浸泡時間下巖樣變化示意圖

從圖2-1 中看出，巷幫炭質(zhì)泥巖、底板泥巖位置巖樣放入到水中后出較為明顯的泥化現(xiàn)象，其中底板泥巖泥化較為嚴(yán)重；結(jié)合圖2-2、2-3 看出，巷道圍巖巖樣放入水中10～20 min 后，巷幫位置炭質(zhì)泥巖出現(xiàn)崩解并沿著內(nèi)部裂隙破碎成小塊，底板泥巖泥化程度進(jìn)一步增加、強(qiáng)度及承載能力明顯降低；從圖2-4 看出，放入水中40 min 后幫部位置炭質(zhì)泥巖泥化程度較高，而底板泥巖則徹底泥化；整個過程中頂板灰?guī)r則無明顯變化。32503 底抽巷圍巖松軟、遇水膨脹、崩解且強(qiáng)度明顯降低，導(dǎo)致底抽巷在原有U 型鋼+錨網(wǎng)索支護(hù)方式時巷道圍巖變形量較大。

3 巷道圍巖錨注支護(hù)技術(shù)應(yīng)用

3.1 錨注支護(hù)技術(shù)方案

依據(jù)32503 底抽巷圍巖巖性特征，提出采用錨網(wǎng)噴+錨注+錨索耦合支護(hù)方式控制32503 底抽巷軟巖變形，具體巷道支護(hù)斷面，如圖3 所示。通過采用以錨注為核心的耦合支護(hù)方式可適應(yīng)巷道軟巖變形控制需要，最大程度發(fā)揮圍巖自穩(wěn)及承載能力。

圖3 錨注支護(hù)斷面圖（單位：mm）

32503 底抽巷拱頂用錨桿（索）+鋼筋網(wǎng)支護(hù)方式，巷幫用錨桿+注漿錨索+鋼筋網(wǎng)支護(hù)方式，底板采用注漿錨桿支護(hù)。具體支護(hù)參數(shù)為：

1）拱頂錨桿采用規(guī)格Φ20 mm×2 400 mm 螺紋鋼錨桿、間距及排距分別為600 mm、800 mm；拱頂錨索為規(guī)格Φ17.8 mm×6 000 mm 鋼絞線，間距及排距分別為1 200 mm、800 mm，錨索在拱頂對稱布置。

2）巷幫錨桿為規(guī)格Φ20 mm×2 400 mm 螺紋鋼錨桿、間距及排距分別為600 mm、800 mm，在兩幫分別布置3 根規(guī)格Φ22 mm×6 000 mm 中空注漿錨索，布置間排距分別為1 200 mm×1 600 mm，具體采用的中空注漿錨索結(jié)構(gòu)，如圖4 所示，技術(shù)規(guī)格如表1 所示。

表1 注漿錨索技術(shù)規(guī)格

圖4 注漿錨索結(jié)構(gòu)圖

3）巷道底板布置4 根規(guī)格25 mm×2 400 mm 中空注漿錨桿，錨桿沿著巷道中線對稱布置，最外側(cè)錨桿距巷幫300 mm、外插30°，中部的錨桿距離巷幫1 300 mm、垂直底板布置，具體采用的中空注漿錨桿結(jié)構(gòu)見圖5 所示、技術(shù)規(guī)格見表2 所示。

表2 注漿錨桿技術(shù)規(guī)格

圖5 注漿錨桿結(jié)構(gòu)圖

4）巷道錨桿及錨索鉆孔均用MQ7-130/2.9C 鉆機(jī)施工，通過采用不同規(guī)格鉆頭可實(shí)現(xiàn)18～42 mm 規(guī)格鉆孔施工，配套的鉆桿規(guī)格為Φ19 mm×1 000 mm。巷道拱頂及巷幫鋪設(shè)由Φ6 mm 鍍鋅鐵絲編制的鋼筋網(wǎng)護(hù)表，規(guī)格為1200 mm×800 mm、金屬網(wǎng)網(wǎng)孔為100 mm×100 mm。巷道全斷面均噴射C20 混凝土，初噴、復(fù)噴厚度分別為80 mm、70 mm。

3.2 現(xiàn)場應(yīng)用效果分析

為掌握錨注支護(hù)后32503 底抽巷圍巖變形量，在底抽巷內(nèi)布置測站對巷道頂?shù)装?、兩幫位移量等參?shù)進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測，具體監(jiān)測結(jié)果，如圖6 所示。

圖6 錨注支護(hù)段圍巖變形監(jiān)測結(jié)果

從錨注段圍巖變形監(jiān)測結(jié)果得知，錨注支護(hù)段底抽巷頂板下沉量最大為22 mm、頂板下沉量較小，兩幫收斂量最大為80 mm，底板底鼓量最大為76 mm、底鼓量相對較大。錨注支護(hù)后兩幫變形量增加速度平均為0.533 mm/d、底板底鼓量增加速度平均為0.507 mm/d，圍巖變形量增加速度較小。通過錨注支護(hù)段圍巖變形監(jiān)測數(shù)據(jù)分析得知，錨注支護(hù)段圍巖變形量整體較小，不會給底抽巷后續(xù)使用帶來影響。

4 結(jié)論

1）32503 底抽巷巷幫為炭質(zhì)泥巖、底板為泥巖，巷幫及底板巖層中含有較高的黏土物質(zhì)且遇水容易膨脹、軟化，32503 底抽巷原采用的錨網(wǎng)索+架棚支護(hù)方式難以實(shí)現(xiàn)巷道圍巖變形有效控制。根據(jù)底抽巷現(xiàn)場情況，提出以錨注支護(hù)為核心的錨網(wǎng)索注耦合支護(hù)技術(shù)，具體在巷幫通過注漿錨索提高炭質(zhì)泥巖整體強(qiáng)度并封堵潛在的裂隙，降低水、空氣等對巷幫巖體風(fēng)化影響，同時為錨桿提供可靠的錨固端；在底板采用注漿錨桿對底板進(jìn)行加固；在巷道全斷面噴漿進(jìn)一步隔絕圍巖與空氣、水等接觸。

2）依據(jù)32503 底抽巷現(xiàn)場實(shí)際情況，對圍巖支護(hù)方案進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)并進(jìn)行工程應(yīng)用。現(xiàn)場應(yīng)用后，錨注支護(hù)段頂板、底板、巷幫變形量最大分別為22、76、80 mm，圍巖變形量整體較小，可滿足底抽巷后續(xù)使用需要。