張藝耘

(國家能源集團(tuán)寧夏煤業(yè)有限責(zé)任公司麥垛山煤礦，寧夏 銀川 750408)

0 前 言

目前，我國煤礦軟巖巷道支護(hù)新技術(shù)、新工藝新材料應(yīng)用尚處于實(shí)驗(yàn)性運(yùn)用階段。客觀上影響了煤礦安全與正常生產(chǎn)接替。特別是高應(yīng)力條件下的煤巖主要巷道和大巷施工，更是一個(gè)投入多、維修量大的工程[1]。隨著開采深度的增加，巷道圍巖變形大，或受地層軟巖、煤層、瓦斯、水、火威脅。特別是軟巖巷道支護(hù)與維護(hù)，也都普遍存在著較多難題與困難[2]。

煤礦巷道軟巖支護(hù)，特別是巷道“三軟”井巷變形是一個(gè)極其復(fù)雜的物理、力學(xué)過程，它與巷道圍巖性質(zhì)、應(yīng)力狀態(tài)及維護(hù)方式密切相關(guān)。軟巖巷道收斂量的加劇嚴(yán)重不僅制約掘進(jìn)、開拓生產(chǎn)進(jìn)度。大量的實(shí)測資料和事故表明，針對礦井巷道未有認(rèn)真對待和果斷采取措施，和未建立健全各種管理制度和監(jiān)測系統(tǒng)與監(jiān)管手段，采用支護(hù)新產(chǎn)品、工藝、材料和支護(hù)技術(shù)，有效地控制和消除隱患，以保障煤礦安全生產(chǎn)，必將對礦山的安全生產(chǎn)造成很大威協(xié)[3]。如果巷道巖體有害變形得不到有效的控制，礦井巷道維護(hù)不僅要投入大量的人力、物力和財(cái)力，增加巷道的支護(hù)成本，而且對回采也十分不利，以致于嚴(yán)重影響礦井正常的煤炭生產(chǎn)。因此，探究和致力于軟巖巷道注漿加固支護(hù)技術(shù)，也是擺在煤炭科研部門以及錨固支護(hù)產(chǎn)業(yè)面前的一個(gè)嚴(yán)峻課題[4]。

為了研發(fā)、生產(chǎn)尖端支護(hù)產(chǎn)品，運(yùn)用新工藝、新材料、新的注漿加固新支護(hù)技術(shù)，更好地保障煤礦安全生產(chǎn)，在中國礦業(yè)大學(xué)、安徽理工大學(xué)多名教授的指導(dǎo)下，安徽省淮南市某錨固公司組織科研力量，對煤礦巷道軟巖巷道項(xiàng)板支護(hù)、底鼓控制技術(shù)進(jìn)行了有益的研究與探索，研發(fā)出了新型實(shí)用注漿加固注錨劑，獲得國家發(fā)明專利，并運(yùn)用新的注漿加固新工藝、新材料、新技術(shù)，在實(shí)踐運(yùn)用中取得了一定顯著成果。錨注一體注漿加固新技術(shù)(軟弱巖層的巷道加固、回采巷道頂板離層加固等)已在新疆、陽泉礦業(yè)集團(tuán)、遼源金寶屯煤礦、江西曲江業(yè)、同煤集團(tuán)金莊煤礦等得到了普遍運(yùn)用。

同時(shí)，該公司還在剛?cè)嵯嘟Y(jié)合的支護(hù)體系下，推出了一套成熟的巷道錨注一體注漿加固技術(shù)和施工方法。在維護(hù)巷道整體的穩(wěn)定性方面效果極為顯著。有效地控制巷道剪壓有害變形，從而使巷道在服務(wù)期內(nèi)不需要投入大量資金和人力進(jìn)行維修，保證巷道的長期穩(wěn)定，具有顯著的成效。

1 項(xiàng)目簡況

麥朵山煤礦11采區(qū)2煤輔助運(yùn)輸巷(110207工作面輔助運(yùn)輸巷開口向4#聯(lián)絡(luò)巷方向約228～240 m段、4#聯(lián)絡(luò)巷向前246～256 m段)兩幫局部肩窩及幫部鼓出，漿皮開裂，脫層。本文為解決以上情況采用錨注一體聯(lián)合支護(hù)技術(shù)，在麥朵山煤礦11采區(qū)2煤輔助運(yùn)輸巷，進(jìn)行了工業(yè)性試驗(yàn)。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 錨注一體支護(hù)機(jī)理

煤礦井巷錨注一體支護(hù)技術(shù)理論，基本可以概述為：充分利用注漿錨桿、錨索注漿加固支護(hù)，通過“先錨后注，錨注一體，強(qiáng)巖增荷，立體成拱”以達(dá)到最優(yōu)的井巷支護(hù)目的。錨注一體支護(hù)技術(shù)，是采用錨后注的方式，使圍巖與錨桿、索形成立體抗壓拱體，并能及時(shí)有效地控制巖體變形，以達(dá)到荷載的均勻化[5]。錨注一體后的巖體剛度支護(hù)體能對圍巖結(jié)構(gòu)面不連續(xù)變形部位進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，有效地控制圍巖局部發(fā)生有害變形損傷。巷道開挖后，巖體充分釋放膨脹能等非線性能量。錨注支護(hù)體在功能上最大限度地增強(qiáng)了圍巖承載強(qiáng)度。由于軟巖巷道的圍巖塑性大，變形必然產(chǎn)生不協(xié)調(diào)部位和位移。在錨索、錨桿-注漿加固-破裂圍巖的固結(jié)整體與支護(hù)體剛度和強(qiáng)度上，客觀上也限制了圍巖有害損傷和塑變。實(shí)施錨注一體化支護(hù)技術(shù)，在實(shí)踐上實(shí)現(xiàn)了荷載均勻化和整體化，達(dá)到巷道的穩(wěn)定的目的[6]。

2.2 創(chuàng)新點(diǎn)

1)強(qiáng)巖增荷，立體成拱。

(1)補(bǔ)強(qiáng)抗壓：由于軟巖巷道圍巖本身所具有的巨大的變形能，如果采取提高強(qiáng)度的支護(hù)形式很難阻止其圍巖的變形，也無從達(dá)到成功進(jìn)行軟巖巷道支護(hù)的目的。當(dāng)軟巖進(jìn)入塑性后，本身仍具有較強(qiáng)的承載能力，因此對于軟巖巷道或高應(yīng)力巷道而言，應(yīng)在不破壞圍巖本身承載強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，通過注漿，補(bǔ)強(qiáng)巖體的抗壓、抗剪能力，實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)圍巖強(qiáng)度，可以有效地控制巷道變形。

(2)剛度補(bǔ)強(qiáng)：高應(yīng)力或“三軟”巷道的破壞主要是變形不協(xié)調(diào)造成的，因此支護(hù)體的剛度應(yīng)與圍巖的剛度耦合，巷道支護(hù)體不僅要有一定的柔度，給圍巖提供足夠的變形空間，同時(shí)還要注意避免巷道圍巖由于變形而引起的能量積聚；因此要求支護(hù)體又要具有足夠的剛度，將巷道圍巖控制在其允許變形范圍之內(nèi)，避免因過度變形而破壞圍巖本身的承載強(qiáng)度。這就需要通過錨注一體支護(hù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對巖體裂隙注漿和封堵，使?jié){料與巖體結(jié)為一體，這樣才能在圍巖與支護(hù)體共同作用過程中，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)巖增荷的作用。

(3)整體結(jié)構(gòu)：由于圍巖結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生的不連續(xù)變形，導(dǎo)致巷道變形和位移量都有不同的表現(xiàn)。通過采用錨注支護(hù)技術(shù)，充實(shí)裂隙，提高巖體抗壓、抗拉強(qiáng)度，形成整體的錨注組合拱體的支護(hù)結(jié)構(gòu)，從而控制巖體連續(xù)變形，以防止圍巖破壞引起整個(gè)支護(hù)體的失穩(wěn)。

2)采用新型專利礦用支護(hù)材料。采用專利產(chǎn)品中注錨劑、中空注漿錨索。注錨劑是屬于液態(tài)高分子改性樹脂注漿產(chǎn)品，由A、B組分構(gòu)成，與中空注漿錨索配合使用，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，可快速有效解決片幫、冒頂、滲水等技術(shù)難題。產(chǎn)品混合黏度低，能滲入較細(xì)巖縫中，反應(yīng)迅速，形成的固結(jié)體具有高強(qiáng)度、高韌性、抗壓縮變形、抗拉伸、抗剪切的特性，能夠把原來松散的、破碎的、不連續(xù)體的煤巖體圍巖膠結(jié)成連續(xù)的、完整的受力體。

3 麥朵山煤礦錨注一體聯(lián)合支護(hù)技術(shù)實(shí)踐

3.1 巷道圍巖

工作面煤(巖)層產(chǎn)狀：傾向189°～276°、傾角3°～18°，總體處于采區(qū)邊界背斜軸部及兩翼，根據(jù)11采區(qū)2煤回風(fēng)巷、11采區(qū)2煤帶式輸送機(jī)巷及11采區(qū)2煤輔助運(yùn)輸巷掘進(jìn)資料分析，該巷道煤巖層裂隙發(fā)育，易造成片幫、傘檐以及局部頂板脫層；另據(jù)11采區(qū)2煤回風(fēng)巷實(shí)揭資料，預(yù)計(jì)工作面掘進(jìn)89、119.5 m先后揭露F32、F31兩條正斷層，受斷層影響，斷層附近煤巖層松軟破碎，裂隙發(fā)育，易片幫、漏頂。頂板：灰褐色，塊狀，斷口參差狀，見植物化石，細(xì)膩。2煤：黑色，塊狀，半暗型煤，以暗煤為主，瀝青光澤，黃鐵礦填充，鏡煤條帶狀。底板：灰褐色，塊狀，細(xì)膩，斷口參差。

3.2 錨注一體支護(hù)設(shè)計(jì)

1)中空注漿錨桿。采用Φ25 mm×2500 mm左旋無縱筋中空注漿錨桿，布置間排距1600 mm×1000 mm。每根錨桿使用1節(jié)Z2370型樹脂錨固劑端頭錨固。鐵托板規(guī)格：托板為150 mm×150 mm×10 mm鋼板，錨桿眼孔徑Φ35 mm。每孔采用1節(jié)Z2370樹脂藥卷錨固。

2)中空注漿錨索。

(1)頂部布置三根錨索，分別在巷道中心線兩邊位置，錨索間排距為1600 mm×1000 mm。采用Φ22 mm×8000 mm中空注漿錨索(孔深7700 mm)。

(2)每排幫部注漿錨索布置：采用Φ22×4300 mm中空注漿錨索，間排距為1000×1000 mm。錨索眼孔徑Φ28 mm。每孔采用2節(jié)Z2860樹脂藥卷錨固。圖1為錨注一體注漿支護(hù)斷面圖。

圖1 錨注一體注漿支護(hù)斷面

(3)耗材。Φ25 mm×2500 mm左旋無縱筋中空注漿錨桿2根/m，Φ22 mm×8000 mm中空注漿錨索3根/m，Φ22 mm×4300 mm中空注漿錨索4根/m，注錨劑0.32 t/m。

本次實(shí)驗(yàn)段長度為50 m。

3.3 試驗(yàn)效果(見表1)

表1 頂部多點(diǎn)位移計(jì)測試數(shù)據(jù)

頂板區(qū)域由于應(yīng)力集中，3.0～5.0 m圍巖原有裂隙閉合，頂板產(chǎn)生壓縮變形，變形量為1～2 mm；兩幫移進(jìn)量為3～5 mm，錨桿、錨索受力均勻?？梢钥闯?，錨注一體聯(lián)合支護(hù)能有效控制巷道圍巖變形，圍巖控制效果良好。

4 結(jié) 論

2021年4月初開始進(jìn)行初步試驗(yàn)，時(shí)間為5個(gè)月，試驗(yàn)巷道為國家能源麥朵山煤礦11采區(qū)2煤輔助運(yùn)輸巷，試驗(yàn)長度為50 m。從現(xiàn)場應(yīng)用結(jié)果表明，采用以錨注一體聯(lián)合支護(hù)為核心的綜合支護(hù)技術(shù)，可以較好地控制高應(yīng)力軟巖巷道的大變形，盡快形成注漿承載拱結(jié)構(gòu)，充填圍巖裂隙，減小兩幫巖體的破壞程度，減緩頂板下沉，并從根本上控制巷道圍巖變形量，以達(dá)到最佳注漿支護(hù)效果。

1)降低掘進(jìn)巷道綜合成本，保障巷道的穩(wěn)定性，采用錨注一體支護(hù)技術(shù)，可大大降低巷道維修費(fèi)用。

2)采用錨注一體支護(hù)技術(shù)，增強(qiáng)巷道穩(wěn)定性，提高煤礦巷道的安全可靠性，施工的井巷收斂量控制在允許變形量的60%～80%。

3)在施工工作面建立監(jiān)測系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)異常時(shí)，通過及時(shí)調(diào)整和修正巷道支護(hù)參數(shù)，可以保障巷道的監(jiān)測數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性。

該支護(hù)方式既控制圍巖變形又保證安全，達(dá)到了良好的安全和經(jīng)濟(jì)效果。該支護(hù)能大量地減少巷道返修次數(shù)，節(jié)約大量成本，保障煤礦安全生產(chǎn)。

[ID:012771]