周利峰

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)虎龍溝煤礦，山西 朔州 038300）

巷道在過(guò)斷層應(yīng)力區(qū)時(shí)受構(gòu)造應(yīng)力影響，巷道圍巖易產(chǎn)生應(yīng)力破壞現(xiàn)象，頂板破碎下沉、煤壁片幫，從而導(dǎo)致巷道成型差、掘進(jìn)效率低、圍巖支護(hù)難度大。對(duì)于應(yīng)力區(qū)巷道傳統(tǒng)主要采用注漿加固、減小錨桿（索）間排距或施工工字鋼錨索吊棚等技術(shù)手段進(jìn)行控制維護(hù)。但是在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，單一的注漿或錨桿（索）支護(hù)無(wú)法及時(shí)對(duì)圍巖起到有效控制作用，甚至加劇頂板破壞力度，如在應(yīng)力破碎區(qū)施工錨索吊棚，很容易對(duì)頂板產(chǎn)生切頂破壞等，起不到有效的支護(hù)效果。本文以21517 巷為例，對(duì)巷道過(guò)F1 斷層應(yīng)力區(qū)時(shí)提出了注漿錨桿支護(hù)[1-5]。

1 概況

晉能控股煤業(yè)集團(tuán)虎龍溝煤礦21517 巷東部、西部尚未開(kāi)拓，南部與盤(pán)區(qū)運(yùn)輸大巷相接，北部鄰近塔山礦礦界。21517 巷掘進(jìn)煤層為5#煤層，煤層總厚度為9.65～14.11 m，平均煤厚11.98 m。由于火成巖順層侵入煤層，上部變質(zhì)煤厚1.50～6.46 m，平均4.71 m 厚，下部正常煤厚6.02～8.15 m，平均煤厚7.27 m。煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，厚度變化穩(wěn)定，中含泥巖及火成巖。

21517 巷采用綜合機(jī)械化掘進(jìn)工藝，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為954 m，巷道沿5#煤層底板掘進(jìn)。巷道規(guī)格：矩形巷道，掘?qū)挕辆蚋?5.0 m×4.0 m，掘進(jìn)斷面18.2 m2。巷道掘進(jìn)過(guò)程中在運(yùn)輸大巷口往里867 m處，遇到落差1.70 m 的正斷層F1。受其影響，斷層附近煤層較疏松，對(duì)掘進(jìn)有一定影響。具體斷層基本參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 F1 斷層基本參數(shù)匯總表

21517 巷掘進(jìn)至860 m 處時(shí)受F1 斷層影響，巷道圍巖變形相對(duì)嚴(yán)重，導(dǎo)致原巷道頂板支護(hù)效果差，對(duì)斷層影響區(qū)起不到有效的控制作用。

2 原巷道支護(hù)設(shè)計(jì)及問(wèn)題分析

2.1 原巷道支護(hù)設(shè)計(jì)

21517 巷采用錨桿+鋼帶+單錨索聯(lián)合支護(hù)方式，頂板錨桿長(zhǎng)度為2.0 m，直徑為22 mm，每排布置6 根，錨桿間距為1.0 m，排距為1.0 m，錨桿外露端安裝一根長(zhǎng)度為5.0 m“W”型鋼帶；巷道每隔3.0 m 施工一排單錨索，每排3 根，錨索長(zhǎng)度為6.0 m，直徑為17.8 mm，錨索間距為2.0 m。

2.2 原支護(hù)主要存在的問(wèn)題

（1）支護(hù)錨固效果差。21517 巷掘進(jìn)煤層為5#層，煤層厚度為7.27 m，巷道掘進(jìn)高度為3.5 m，巷道沿煤層頂板進(jìn)行掘進(jìn)，巷道留頂煤厚3.27 m。5#煤層穩(wěn)定差，頂煤在F1 斷層影響下煤體破壞嚴(yán)重，煤體內(nèi)裂隙發(fā)育，而錨桿在煤體內(nèi)進(jìn)行支護(hù)時(shí)，錨固效果差，錨桿支護(hù)失效現(xiàn)象嚴(yán)重。

（2）擾動(dòng)破壞嚴(yán)重。原頂板支護(hù)設(shè)計(jì)中，錨桿布置相對(duì)密集，在進(jìn)行錨桿鉆孔施工時(shí)，鉆具對(duì)煤壁產(chǎn)生嚴(yán)重?cái)_動(dòng)破壞作用，導(dǎo)致鉆孔壁及附近煤巖體破碎加劇，從而降低了錨桿支護(hù)效果。

3 注漿錨桿支護(hù)應(yīng)用

為了提高應(yīng)力區(qū)頂板穩(wěn)定性，解決傳統(tǒng)錨桿支護(hù)存在的問(wèn)題，通過(guò)技術(shù)研究決定對(duì)巷道原頂板支護(hù)進(jìn)行優(yōu)化，采用注漿錨桿支護(hù)。

3.1 注漿錨桿支護(hù)原理

注漿錨桿支護(hù)主要采用中空錨桿作為支護(hù)體。首先對(duì)破碎頂板采用錨桿進(jìn)行錨注，然后對(duì)錨桿進(jìn)行注漿施工。錨桿在注漿施工過(guò)程中，注漿液在鉆孔壁巖體內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)散，從而對(duì)破碎巖體進(jìn)行粘接作用，同時(shí)注漿液可對(duì)錨桿與孔壁進(jìn)行粘接，實(shí)現(xiàn)錨桿全長(zhǎng)錨固，大大提高錨桿支護(hù)效果。注漿錨桿支護(hù)斷面、剖面示意圖如圖1。

圖1 注漿錨桿支護(hù)斷面、剖面示意圖

3.2 支護(hù)設(shè)備

（1）注漿錨桿。21517 巷破碎頂板采用的中空注漿錨桿長(zhǎng)度為3.5 m，錨桿直徑為30 mm，錨桿中部注漿孔直徑為12 mm，注漿錨桿錨固端長(zhǎng)為1.0 m。從錨桿端頭往里0.5 m 處開(kāi)始在桿體兩側(cè)均勻布置一排注漿射孔，孔直徑為10 mm，間距為0.5 m。

（2）注漿設(shè)備。采用2ZBQ 氣動(dòng)注漿泵進(jìn)行注漿施工，注漿泵主要由注漿軟管、泵體、吸液管、液桶以及高壓風(fēng)管等部分組成。

（3）注漿材料。注漿液采用水泥漿-水玻璃混合液，水泥漿水灰比為0.8:1。為了提高水泥漿凝固強(qiáng)度，水泥漿中添加X(jué)PM 添加劑，添加劑為水泥量的10%。采用的水玻璃濃度為50°Be'，水泥漿與水玻璃配比為1:0.5。

3.3 支護(hù)工序

（1）巷道掘至860 m 處時(shí)，首先采用液壓鉆機(jī)在頂板施工一排支護(hù)鉆孔，孔深度為3.5 m，直徑為30 mm，鉆孔間距為1.2 m，排距為1.1 m。

（2）支護(hù)鉆孔施工完后，對(duì)鉆孔內(nèi)錨注注漿錨桿。每根錨桿采用一長(zhǎng)一短兩支錨固劑錨固，其中一支快速M(fèi)SK23/35 型，一支中速M(fèi)SZ23/60 型，錨桿錨固長(zhǎng)度為0.95 m。

（3）注漿錨桿施工完成后，對(duì)注漿錨桿內(nèi)填塞一根長(zhǎng)度為2.0 m 注漿軟管，軟管直徑為8 mm，然后在錨桿端頭處安裝一個(gè)止?jié){塞，將注漿軟管與2ZBQ 氣動(dòng)注漿泵連接，并進(jìn)行注漿施工，注漿壓力控制在2.0 MPa 左右。同一排注漿錨桿注漿完成后，在錨桿外露端安裝一根長(zhǎng)度為5.0 m、寬度為0.28 m“JW”鋼帶，并采用螺母進(jìn)行預(yù)緊。

3.4 注漿錨桿支護(hù)優(yōu)點(diǎn)

（1）支護(hù)工藝簡(jiǎn)單。與傳統(tǒng)架棚相比，注漿錨桿支護(hù)工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，支護(hù)勞動(dòng)強(qiáng)度低；與傳統(tǒng)注漿施工相比，簡(jiǎn)化了注漿工序，縮短了支護(hù)時(shí)間。

（2）支護(hù)效果好。與傳統(tǒng)單錨桿以及注漿支護(hù)相比，注漿錨桿支護(hù)實(shí)現(xiàn)了錨桿支護(hù)與注漿支護(hù)同步施工。注漿施工可對(duì)鉆孔壁圍巖裂隙進(jìn)行充分粘接，同時(shí)對(duì)錨桿進(jìn)行全長(zhǎng)錨固作用，支護(hù)效果好，降低了錨桿支護(hù)失效率。

（3）避免擾動(dòng)破壞作用。采用注漿錨桿支護(hù)后，每排布置5 個(gè)支護(hù)鉆孔，鉆孔排距為1.1 m。與傳統(tǒng)支護(hù)設(shè)計(jì)相比，百米巷道可減少鉆孔數(shù)量達(dá)150個(gè)，不僅減少了鉆孔施工時(shí)間，而且避免了鉆孔施工時(shí)對(duì)不穩(wěn)定頂板產(chǎn)生的擾動(dòng)作用。

3.5 支護(hù)效果分析

21517 巷施工注漿錨桿支護(hù)后，在應(yīng)力區(qū)頂板每隔15 m 施工一個(gè)數(shù)顯頂板離層儀，并安排專(zhuān)人對(duì)離層儀進(jìn)行觀察，同時(shí)在858 m 處頂板同樣安裝一個(gè)頂板離層儀用于對(duì)比分析。通過(guò)20 d 現(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn)：應(yīng)力區(qū)巷道頂板施工注漿錨桿支護(hù)9 d 范圍內(nèi)，由于注漿凝固體與破碎圍巖未完全膠合作用，頂板出現(xiàn)應(yīng)力塑性變形現(xiàn)象，頂板中部出現(xiàn)局部下沉，通過(guò)實(shí)測(cè)下沉量為0.15 m；在9～15 d 范圍內(nèi)變形圍巖與注漿錨桿支護(hù)逐漸達(dá)到耦合支護(hù)作用，頂板下沉量為0.21 m，在15 d 后頂板變形現(xiàn)象得到完全控制，如圖2。

圖2 注漿錨桿支護(hù)后應(yīng)力區(qū)圍巖變形曲線圖

4 結(jié)語(yǔ)

注漿錨桿支護(hù)目前被廣泛應(yīng)用于煤礦、隧道等不穩(wěn)定、應(yīng)力圍巖中，該支護(hù)技術(shù)在錨注作用的同時(shí)可及時(shí)對(duì)圍巖裂隙帶進(jìn)行填充加固，實(shí)現(xiàn)了錨桿全長(zhǎng)錨固，對(duì)破碎圍巖變形、破碎現(xiàn)象進(jìn)行有效的支護(hù)，在大變形、大應(yīng)力采掘工作面中具有很好的應(yīng)用效果。