喬 越

（山西宏廈第一建設(shè)有限責(zé)任公司 ，山西 陽(yáng)泉 045008）

1 工程概況

新景礦80116工作面主要開采15#煤層，工作面標(biāo)高488～513m，煤層均厚7.25m，平均傾角6°，直接頂為均厚0.93m的泥巖，直接底為均厚0.1m的砂質(zhì)泥巖。工作面東面為80114工作面采空區(qū)，南面和西面分別為待開采的80117和80118工作面，采掘工程平面圖如圖1所示。

圖1 80116工作面采掘工程平面圖

2 沿空巷道圍巖加固方案確定

2.1 錨注加固方案及材料選擇

新景礦80116工作面回風(fēng)巷采用矩形斷面，巷道寬為4.7m、高為3.0m，沿15#煤層底板掘進(jìn)，區(qū)段煤柱留設(shè)寬度為15m。80116工作面回風(fēng)巷一側(cè)為實(shí)體煤，一側(cè)為采空區(qū)，巷道兩側(cè)圍巖受力不均勻，尤其在采空側(cè)懸臂結(jié)構(gòu)影響下，巷道圍巖破碎嚴(yán)重，塑性區(qū)向圍巖深部發(fā)育，針對(duì)此情況，在新景礦80116工作面回風(fēng)巷距離工作面切眼340～570m范圍對(duì)巷道圍巖進(jìn)行錨注加固工程應(yīng)用。

圖2 中空注漿錨索巷道補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)方案

中空注漿錨索巷道補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)方案如圖2所示。頂板：垂直于頂板布置2根直徑為22mm、長(zhǎng)度為7200mm的中空注漿錨索，錨索安裝位置為距離巷道兩幫300mm處，施工鉆孔深度為7000mm，錨索排距為700mm，預(yù)緊力不小于250kN。兩幫：煤柱幫布置直徑為22mm、長(zhǎng)度為4800mm的中空注漿錨索，幫部錨索呈“二一二”三花布置，上部錨索距離巷道頂板800mm，垂直于巷幫布置，下部錨索距離巷道底板600mm，朝巷幫斜向下30°布置，施工鉆孔深度為4500mm，幫錨索排距為700mm，預(yù)緊力不小于250kN。巷道內(nèi)中空注漿錨索詳細(xì)參數(shù)見表1。

中空注漿錨索在錨索的基礎(chǔ)上，采用新型中空結(jié)構(gòu)、螺紋鎖緊方式，不打滑，實(shí)現(xiàn)小孔徑、大噸位，施工安全便利，可實(shí)現(xiàn)錨注一體、全長(zhǎng)錨固、抗腐蝕、強(qiáng)度高、柔性好、錨固力強(qiáng)等功能，中空注漿錨索技術(shù)參數(shù)見表2，中空注漿錨索如圖3所示。本次工程試驗(yàn)選擇φ22×7200mm和φ22×4800 mm兩種規(guī)格。

表2 中空注漿錨索技術(shù)參數(shù)

注漿材料選用注錨劑，為雙液混合材料，分為A、B兩種類型，雙液混合后粘度相對(duì)較低，能夠滲入到煤巖體裂隙內(nèi)，快速反應(yīng)后生成強(qiáng)度及韌性均較高的固結(jié)體，將原本松散破碎的圍巖膠結(jié)為一個(gè)整體，使其抗拉及抗剪強(qiáng)度得到提高，受力更加均。注漿時(shí)選用ZBQS-8.0/12.0型氣動(dòng)注漿泵，該泵體積和重量較小，方便井下移動(dòng)和使用，可實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速，使用過程中安全可靠。對(duì)沿空巷道的錨注加強(qiáng)支護(hù)選擇在本工作面回采前進(jìn)行，注漿壓力通常選取3～5MPa，若圍巖相對(duì)破碎，則選取較小的注漿壓力，若圍巖完整性較好，則選取較大的注漿壓力，通常注漿時(shí)間按30～50s選取，當(dāng)注漿管不再進(jìn)液時(shí)停止注漿工作。

2.2 注漿材料及參數(shù)

本次中空錨索注漿加固采用的注漿材料為錨注劑，狀態(tài)為液態(tài)，成分為高分子改性樹脂，是由A、B兩種組分組成，主要應(yīng)用于井下破碎松散煤體、巖體裂隙等不良巖層注漿加固，凝固快可以很快解決煤巖層破碎、裂隙問題。注錨劑的主要技術(shù)參數(shù)見表3：

表3 注錨劑主要技術(shù)參數(shù)

中空注漿錨索可分為聯(lián)接段、灌漿段和錨固段三部分，由錨索索體、托盤、鎖具、止?jié){塞等部件構(gòu)成。錨索索體是大強(qiáng)度、螺旋式、大應(yīng)力的鋼絲緊密螺旋在一起的。頂部錨固段為實(shí)心，通過施工機(jī)具的攪拌作用，在孔底實(shí)現(xiàn)端部錨固，中部有柔性注漿管并設(shè)置出漿口，孔口處設(shè)置錐形止?jié){塞，其結(jié)構(gòu)形式如圖3所示。

圖3 錨索結(jié)構(gòu)形式

由中空注漿錨索注漿時(shí)應(yīng)保證煤巖體內(nèi)部裂隙被漿液所填滿，通過漿液的膠結(jié)作用將破碎的煤巖體整合為一個(gè)整體，從而將巷道圍巖穩(wěn)定性提高，當(dāng)孔內(nèi)注入的漿液開始溢出且無法繼續(xù)注入時(shí)，停止注漿工作，每個(gè)鉆孔內(nèi)注入的漿液量可由下式計(jì)算：

式中：Q為單孔注漿量，m3；A為漿液損耗系數(shù)，取1.3；L為注漿段長(zhǎng)度，取4.8m；R為漿液在煤巖體內(nèi)的擴(kuò)散半徑，取1.5m；β為煤巖體裂隙率，取0.1；λ為漿液的充填系數(shù)，取0.8。將相關(guān)數(shù)值帶入計(jì)算可得，單孔注漿量約為4.12m3。

3 礦壓觀測(cè)

通過礦壓觀測(cè)，對(duì)巷道錨注支護(hù)效果進(jìn)行分析，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的問題或不足，以便對(duì)錨索支護(hù)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)技術(shù)方案進(jìn)行調(diào)整，真正發(fā)揮錨注支護(hù)的安全、經(jīng)濟(jì)優(yōu)越性。在巷道內(nèi)布置14個(gè)測(cè)站，其中兩個(gè)測(cè)站位于試驗(yàn)區(qū)域前方，其余測(cè)站位于試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)，分別對(duì)它們進(jìn)行監(jiān)測(cè)。初始測(cè)站距離工作面開切眼300m，測(cè)站間距20m，測(cè)站布置如圖4所示。每個(gè)測(cè)站內(nèi)對(duì)巷道圍巖位移量和頂板錨索受力情況進(jìn)行觀測(cè)。

圖4 礦壓監(jiān)測(cè)測(cè)站布置

3.1 巷道表面位移

以錨注加固區(qū)域前測(cè)站1、錨注加固區(qū)初始段測(cè)站4、錨注加固區(qū)中間段測(cè)站8和測(cè)站9四個(gè)不同階段的測(cè)站作為研究對(duì)象，取每個(gè)測(cè)站內(nèi)兩個(gè)測(cè)面監(jiān)測(cè)的平均值作為最終值，80116工作面回風(fēng)巷回采期間各測(cè)站圍巖變形觀測(cè)曲線如圖5所示。

圖5 巷道圍巖變形觀測(cè)曲線

由圖5可知：

1）1#測(cè)站、4#測(cè)站、8#測(cè)站和9#測(cè)站，頂?shù)装逡平糠謩e為1125mm、1024mm、905mm和855mm，兩幫移近量分別為 1357mm、1194mm、1078mm和1050mm，錨注加固區(qū)內(nèi)巷道圍巖變形量明顯小于未加固段。

2）測(cè)站8～9平均頂?shù)装逡平?80mm，測(cè)站4頂?shù)装逡平?024mm，與錨注加固區(qū)外1#測(cè)站頂?shù)装逡平?125mm相比，分別減少了21.8%和9.0%；測(cè)站8～9平均兩幫移近量1064mm，測(cè)站4兩幫移近量1194mm，與錨注加固區(qū)外1#測(cè)站兩幫移近量1357mm相比，分別減少了21.6%和12.0%；可見錨注加固區(qū)中間段測(cè)站8～9受加固段外圍巖變形影響小，能夠真實(shí)反映出錨固支護(hù)效果，錨注加固區(qū)初始段測(cè)站4受加固段外圍巖變形影響較大，但仍能起到一定的加固作用。

3）圍巖變形觀測(cè)結(jié)果表明，對(duì)巷道采用中空注漿錨索錨注加強(qiáng)支護(hù)后，巷道圍巖強(qiáng)度得到增強(qiáng)，圍巖形變量得到減小，滿足了回采巷道生產(chǎn)要求。

3.2 巷道頂板錨索受力

以錨注加固區(qū)域前測(cè)站1、錨注加固區(qū)初始段測(cè)站4、錨注加固區(qū)中間段測(cè)站8和測(cè)站9四個(gè)不同階段的測(cè)站作為研究對(duì)象，根據(jù)各測(cè)站內(nèi)錨桿（索）測(cè)力儀所測(cè)數(shù)據(jù)，取每個(gè)測(cè)站內(nèi)兩個(gè)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)的平均值作為最終值，各測(cè)站錨索受力變化曲線，如圖6所示。

圖6 錨索受力曲線

由圖6可知：

1）受采動(dòng)影響初期，錨索受力平緩增加，有效控制了巷道圍巖初期的離層、滑動(dòng)等擴(kuò)容現(xiàn)象，增加的工作阻力能夠有效擴(kuò)散到圍巖中，有利于保護(hù)錨固范圍內(nèi)圍巖的完整性；

2）錨注加固區(qū)域中間段測(cè)站8～9處所測(cè)錨索受力平均為325kN，錨注加固初始段測(cè)站4處所測(cè)錨索受力平均為295.3kN，與錨注加固區(qū)外1#測(cè)站錨索受力284.8kN相比，分別增大了12.3%和3.6%，可見錨注加固區(qū)中間段測(cè)站8～9受加固段外圍巖變形影響小，能夠真實(shí)反映出錨固支護(hù)效果，錨注加固區(qū)初始段測(cè)站4受加固段外圍巖變形影響較大，但仍能起到一定的加固作用。

3）當(dāng)錨索處于超前支撐應(yīng)力增高區(qū)時(shí)，錨索受力快速增加，受力越大說明錨固效果越好，錨索的作用發(fā)揮越充分。根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，錨注支護(hù)范圍內(nèi)錨索所受載荷大于未錨注區(qū)域，說明錨注加固不僅能夠增強(qiáng)圍巖的完整性，而且能使錨索更有效錨固在巖體中，使其充分發(fā)揮懸吊等作用。

3.3 支護(hù)方案優(yōu)化

現(xiàn)場(chǎng)礦壓監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，錨注加固段巷道平均頂?shù)装逡平?80mm，與非錨注加固段巷道平均頂?shù)装逡平?125mm相比減少了21.8%；錨注加固段巷道平均兩幫移近量1064mm，與非錨注加固段巷道平均兩幫移近量1357mm相比減少了21.6%；錨注加固段巷道錨索受力平均為325kN，與非錨注加固段巷道錨索受力284.8kN相比增大了12.3%，可見錨注加固后整體巷道圍巖變形量及錨索受力狀況得到了明顯改善，但現(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn)，部分錨注加固區(qū)段煤柱及頂板變形仍然較大。

針對(duì)以上所存在的問題，分析發(fā)現(xiàn)進(jìn)行錨注加固時(shí)，當(dāng)巷道圍巖已極為破碎，漿液在圍巖中的擴(kuò)散半徑將受到顯著影響，需要減小注漿錨索間距，使相鄰注漿錨桿漿液擴(kuò)散半徑能夠相互搭接以形成穩(wěn)固的承載整體。由此對(duì)原加固支護(hù)方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，主要在頂板中間增加一根直徑為22mm、長(zhǎng)度為7200mm的注漿錨索，以增強(qiáng)巷道支護(hù)強(qiáng)度。

4 結(jié)論

針對(duì)采空側(cè)巷道圍巖破碎問題，制定了中空注漿錨索加固方案，礦壓觀測(cè)結(jié)果表明，與未進(jìn)行錨注加固時(shí)相比，錨注加固區(qū)內(nèi)頂板和底板的相對(duì)移近量減少了21.8%，兩幫相對(duì)移近量減少了21.6%，錨索受力增大了12.3%，錨注加固方案起到了顯著的效果，針對(duì)部分變形嚴(yán)重區(qū)域，制定了補(bǔ)強(qiáng)加固措施，有效維護(hù)了沿空巷道圍巖的穩(wěn)定。