陳 巍

（潞安化工集團(tuán)慈林山煤業(yè)有限公司李村煤礦，山西 長治 046600）

引言

由于在過斷層進(jìn)行作業(yè)的過程中，會遇到應(yīng)力的作用造成巷道周圍的應(yīng)力分布不均勻現(xiàn)象出現(xiàn)，嚴(yán)重時會導(dǎo)致巷道圍巖損傷毀壞的情況，從而使得頂板破碎下沉，進(jìn)一步造成巷道不能夠按照預(yù)定的方案成型，在進(jìn)行作業(yè)時會出現(xiàn)效率低的現(xiàn)象，相關(guān)的作業(yè)變得復(fù)雜煩瑣。針對巷道周圍存在不均勻應(yīng)力分布的情況下，傳統(tǒng)的方式是通過注漿使巷道的成型過程變得堅固。然而，在實(shí)際的應(yīng)用過程中能夠發(fā)現(xiàn)，采用單一的注漿方式或者是錨桿支護(hù)并不能夠?qū)鷰r進(jìn)行有效的控制，甚至還會出現(xiàn)頂板破壞的現(xiàn)象。本文將通過對二采區(qū)膠帶巷進(jìn)行分析研究，對F1 過斷層應(yīng)力區(qū)采用針對性的注漿錨桿支護(hù)的方式進(jìn)行。

1 潞安化工集團(tuán)二采區(qū)概況

研究發(fā)現(xiàn)，潞安化工集團(tuán)二采區(qū)膠帶巷的北部和南部都還沒有進(jìn)行開發(fā)，通過地形調(diào)查，東部和礦井運(yùn)輸大巷連接，在西部和礦界相接。進(jìn)行調(diào)查的煤層為3 號煤層，該煤層的總厚度為4.4～4.8 m 的范圍內(nèi)。對煤層研究發(fā)現(xiàn)煤層的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，且厚度變化不穩(wěn)定。

二采區(qū)膠帶巷進(jìn)行作業(yè)的過程中通常采用的是綜合機(jī)械化掘進(jìn)的方式，在整個設(shè)計的長度能夠達(dá)到954 m，沿3 號煤層底板進(jìn)行作業(yè)。對巷道進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該巷道呈矩形巷道，掘?qū)捄途蚋叻謩e為5.0 m 和4.0 m，掘進(jìn)斷面的面積為18.2 m2。在進(jìn)行掘進(jìn)的過程中，在大巷口向里距離867 m 的位置處，將會出現(xiàn)落差1.7 m 的F1 正斷層。在這種情況下，在斷層處的會呈現(xiàn)分布比較松散的煤層現(xiàn)象，在這種情況下，會造成一定的負(fù)面影響[1-2]。如表1 所示為詳細(xì)的斷層參數(shù)。

表1 F1 斷層參數(shù)情況

二采區(qū)膠帶巷掘進(jìn)到達(dá)860 m 的位置時會受到F1 斷層的限制，這是巷道圍巖將會出現(xiàn)較為嚴(yán)重的變形現(xiàn)象，造成了原來巷道頂板支護(hù)不牢靠的問題，從而沒有辦法對斷層影響區(qū)進(jìn)行控制。

2 原巷道支護(hù)設(shè)計及問題分析

2.1 原巷道支護(hù)設(shè)計

二采區(qū)膠帶巷是通過錨桿+鋼帶+單錨索結(jié)合進(jìn)行，頂板錨桿長為2 m，每排設(shè)定6 根，且6 根的直徑和排距分別為22 mm 和1 m，需要在錨桿外漏的部分增加有5 m 長的“W”型鋼帶；對單錨索進(jìn)行間距3 m 的布置方式，并且通過研究調(diào)查，每排需要布置3根較為合理，長度6 m、直徑17.8 m。

2.2 原支護(hù)主要存在的問題

1）支護(hù)錨固現(xiàn)象不明顯。在二采區(qū)進(jìn)行作業(yè)時通過分析后，選用3 號煤層，厚為4.6 m，作業(yè)的高度為3.5 m，作業(yè)方向?yàn)檠刂簩拥装澹A(yù)留頂煤的厚度為1.1 m。對3 號煤層具有的特點(diǎn)是穩(wěn)定性較差，因?yàn)樵谶@種情況下會出現(xiàn)F1 斷層帶來的負(fù)面影響，這就導(dǎo)致了頂煤煤體會出現(xiàn)不可預(yù)期的結(jié)果，嚴(yán)重的情況下會產(chǎn)生內(nèi)裂隙，一般而言，因?yàn)殄^桿通常是在媒體內(nèi)進(jìn)行作業(yè)，從而造成了錨固后的現(xiàn)象與預(yù)期相差很遠(yuǎn)[3-4]。

2）擾動破壞嚴(yán)重。當(dāng)開始錨桿鉆孔作業(yè)時，由于鉆具會對煤壁產(chǎn)生較大的負(fù)面影響，造成了鉆孔壁和周圍的煤巖體出現(xiàn)嚴(yán)重的破裂現(xiàn)象，這就直接導(dǎo)致了錨桿支護(hù)的結(jié)果和預(yù)期的結(jié)果相差非常大。

3 注漿錨桿支護(hù)應(yīng)用

為了確保在進(jìn)行作業(yè)的過程中，可以實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)在應(yīng)力區(qū)頂板長期的穩(wěn)定支撐作用，避免出現(xiàn)過去使用的錨桿所出現(xiàn)的問題，在這種情況下，需要進(jìn)行深入分析和調(diào)查后應(yīng)該去報能夠?qū)ο锏涝敯暹M(jìn)行相關(guān)的優(yōu)化處理工作，效果最明顯的方案是通過注漿錨桿進(jìn)行支護(hù)。

3.1 注漿錨桿支護(hù)原理

在采用注漿錨桿進(jìn)行支護(hù)的方案過程中，對錨桿的選擇也是有一定的要求，通常采用中空型的錨桿進(jìn)行作業(yè)。起初將對破碎頂板通過錨桿的方式進(jìn)行錨注工作任務(wù)，其次進(jìn)行注漿作業(yè)。錨桿在整個注漿作業(yè)中，通常情況下，注漿液也能夠起到孔壁和錨桿黏接的效果，從而達(dá)到錨桿全長錨固的目的。如圖1 所示，為注漿錨桿支護(hù)的相關(guān)示意圖。

圖1 注漿錨桿支護(hù)斷面、剖面示意圖（單位：mm）

3.2 支護(hù)設(shè)備

1）注漿錨桿。二采區(qū)膠帶巷破碎頂板使用的錨桿是中空注漿型的，錨桿3.5 m 長，直徑為30 mm，中空注漿孔的直徑為12 mm。在錨桿一端的位置向里0.5 m處進(jìn)行注漿射孔的布置，孔的直徑選為10 mm，孔之間的間距選為0.5 m。

2）注漿材料。在進(jìn)行注漿的過程中，注漿液由水玻璃和水泥漿混合形成，其中在水泥漿的水灰比為0.8∶1。保證水泥漿在凝固狀態(tài)后有較強(qiáng)的牢固性，在水泥漿中加入XPM添加劑，占水泥總量的10%。選用的水玻璃濃度為50 波美度，水玻璃和水泥漿之間的比值為0.5∶1[5-6]。

3.3 支護(hù)工序

1）當(dāng)巷道作業(yè)至860 m 的位置時，起初時通過液壓鉆機(jī)的形式在頂板的位置處布置支護(hù)鉆孔，孔深3.5 m，孔與孔之間的距離為1.2 m，每排之間的距離為1.1 m，孔直徑30 mm。

2）在支護(hù)鉆孔作業(yè)后，在鉆孔內(nèi)進(jìn)行錨注注漿錨桿操作。選用的錨桿為一根長一根短的錨固劑進(jìn)行錨固，錨固長為0.95 m。

3）注漿錨桿作業(yè)后，需要在錨桿內(nèi)添加一根2 m的軟管，主要的作用是便于注漿，軟管的直徑為8 mm。此外，需要在錨桿的末端位置進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，通常采用止?jié){塞進(jìn)行布置，選用2ZBQ 氣動注漿泵連接，開始注漿作業(yè)時，需要將壓力控制在2.0 MPa。當(dāng)注漿工作完成以后，對錨桿外露端需要裝有鋼帶，選用的鋼帶為“JW”。

3.4 注漿錨桿支護(hù)優(yōu)點(diǎn)

1）支護(hù)工藝簡單。與傳統(tǒng)注漿施工相比，簡化了注漿工序，縮短了支護(hù)時間。和過去使用的架棚比較，采用注漿錨桿支護(hù)的方式比較簡單可靠，其需要的工作強(qiáng)度較低。

2）支護(hù)效果好。和過去采用的單錨桿進(jìn)行比較，采用注漿錨桿支護(hù)的方式能夠滿足錨桿支護(hù)和注漿支護(hù)在同一時間內(nèi)進(jìn)行的效果，支護(hù)效果顯著，有效地減小了支護(hù)失效的現(xiàn)象。

3）避免擾動破壞作用。通過采用注漿錨桿支護(hù)方法以后，和傳統(tǒng)的支護(hù)設(shè)計比較，可以明顯減小鉆孔數(shù)量的布置，大大縮短了因?yàn)殂@孔所耗費(fèi)的時間，提高了工作效率。

3.5 支護(hù)效果分析

二采區(qū)膠帶巷進(jìn)行注漿錨桿支護(hù)作業(yè)后，需要在應(yīng)力區(qū)間隔15 m 左右的位置處安裝離層儀，且需要安排相應(yīng)的員工進(jìn)行觀測，同時在858 m 的位置處頂板也需要布置一個離層儀進(jìn)行比較。在20 d 后得出結(jié)果：采用頂板施工注漿錨桿支護(hù)9 d 之前，因?yàn)樽⑷氲臐{液未能夠完全凝固，導(dǎo)致出現(xiàn)沒有膠合的現(xiàn)象，頂板產(chǎn)生塑性變形，中部位置處有明顯下沉現(xiàn)象，如圖2 所示。

圖2 注漿錨桿支護(hù)后應(yīng)力區(qū)圍巖變形曲線

4 結(jié)語

目前，注漿錨桿支護(hù)方案的應(yīng)用得到了廣泛的關(guān)注和支持，能夠在煤礦中得到推廣，采用該支護(hù)方式能夠在錨注時對圍巖進(jìn)行填充加固，滿足了錨桿全長錨固的目的，并且實(shí)現(xiàn)了對破碎圍巖變形起到明顯的支護(hù)效果，面對較大變形的采掘作業(yè)中也能夠達(dá)到很好的效果。