張文偉

（山西焦煤（集團(tuán)）有限責(zé)任公司東曲煤礦， 山西 太原 030000）

0 引言

煤礦進(jìn)行地下開采的過程中，巷道的支護(hù)是保證煤礦安全的重要因素，由于煤礦地質(zhì)條件的復(fù)雜變化，對煤礦的支護(hù)造成了一定的限制，影響了煤礦的安全高效開采。在煤礦長期的開采過程中，存在著巷道的變形大、支護(hù)困難及翻修率高的問題[1]，造成了較高的支護(hù)成本。在29204 工作面近距離煤層開采中，軌道順槽采用架棚支護(hù)，工作面回采期間，軌道順槽距切眼30 m 范圍內(nèi)，超前支護(hù)采用“單體+π 梁”支護(hù)方式[2]，這種支護(hù)方式的作業(yè)時(shí)間長、勞動強(qiáng)度高、支護(hù)成本高、支護(hù)后超前范圍內(nèi)作業(yè)空間狹小，影響正常的通風(fēng)、運(yùn)輸和行人，降低了煤礦的開采效率[3]。針對這一問題，采用注漿錨索的方式替代原有“單體+π梁”支護(hù)方式，從而提高巷道的支護(hù)強(qiáng)度，降低勞動作業(yè)強(qiáng)度，保證煤礦的高效開采。

1 29204 工作面超前單體支護(hù)概況

29204 工作面位于+860 m水平二采區(qū)9 號煤層，8 號煤與9 號煤層間距2.7～6.6 m，平均4.38 m，屬近距離煤層開采。29204 工作面位于28204 工作面正下方，工作面煤層厚1.9～2.8 m，平均2.47 m，工作面直接頂為砂質(zhì)泥巖[4]，巖性特征灰褐色，含植物碎片及白云母片，中間夾有一層薄煤線。在巷道掘進(jìn)過程中超前支護(hù)采用“單體+π 梁”支護(hù)方式，其中距切眼10 m 范圍內(nèi)，采用一梁三柱，距切眼10～30 m 范圍內(nèi)采用一梁兩柱[5]，如圖1 所示。

圖1 軌道順槽超前支護(hù)方式（單位：mm）

在進(jìn)行煤礦開采過程中，29204 工作面的巷道圍巖變形大，巷道頂板的下沉量較大，在進(jìn)行監(jiān)測期間，兩幫在60 d 內(nèi)的移近量達(dá)到1.6 m，且持續(xù)發(fā)生流變，需對巷道支護(hù)進(jìn)行多次維修才能保證使用[6]，造成支護(hù)的成本較高且具有嚴(yán)重的安全隱患。采用“單體+π 梁”的支護(hù)方式，受到構(gòu)造應(yīng)力的影響，使得錨固劑與煤巖間的錨固力不足[7]，難以滿足錨桿的拉拔需求。

由于29204 工作面巷道的傾角較大，使得頂板及下幫存在應(yīng)力集中的現(xiàn)象，造成錨桿及錨索的破斷率較高，平均破斷率達(dá)到28%以上，影響了錨桿的有效支護(hù)。29204 工作面采用復(fù)合頂板的形式，且煤層較為酥軟[8]，容易出現(xiàn)吸水軟化，使得巷道圍巖的強(qiáng)度較低，巷道兩幫的變形使得梯子梁的變形加劇，降低了整體的支護(hù)強(qiáng)度。

針對29204 工作面超前支護(hù)存在的問題，除采用加長的錨桿、錨索增加支護(hù)深度之外，采用打設(shè)注漿錨索，提高巷道主動支護(hù)強(qiáng)度[9]，替代原有“單體+π梁”的支護(hù)方式。注漿作為巷道進(jìn)行主動支護(hù)的方式，具有密閉堵水、提高圍巖強(qiáng)度及改善圍巖變形的作用，同時(shí)，通過注漿可以改變支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體受力狀態(tài)[10]，并改善巷道破碎圍巖的整體性能，提高自身的承載能力，能夠較好的解決巷道掘進(jìn)的安全及長期使用的問題。同時(shí)，采用注漿錨注一體的支護(hù)方式可以減少工作面的勞動強(qiáng)度，改善作業(yè)環(huán)境。

2 29204 工作面錨注一體化支護(hù)方案及效果

2.1 錨注一體化支護(hù)的理論研究

對29204 工作面進(jìn)行錨注一體化支護(hù)，其支護(hù)力分布如圖2 所示，對巷道周邊的淺層圍巖進(jìn)行注漿作業(yè)，將巷道周邊的圍巖進(jìn)行封閉處理，從而提高了兩幫破碎間隙的圍巖強(qiáng)度，使得巷道周邊形成了較強(qiáng)的連續(xù)應(yīng)力作用帶，能夠抵抗圍巖的變形作用，從而形成自身完整的承載結(jié)構(gòu)。采用注漿作業(yè)的方式，可以對底板水進(jìn)行有效的隔絕，從而消除了底板水對巷道的作用，保證了圍巖內(nèi)部的穩(wěn)定[11]。對巷道深部進(jìn)行注漿作業(yè)，與錨索形成一體化的支護(hù)方式，提高了錨索的拉拔力，且形成圍巖的自承載結(jié)構(gòu)，對巷道深部的巖層起到加固的作用，從而可消除地應(yīng)力及變形作用的傳播，提高巷道的穩(wěn)定性。

圖2 錨注一體化支護(hù)力學(xué)模型示意圖

2.2 29204 工作面錨注一體化支護(hù)施工方案

29204 工作面采用錨注一體化支護(hù)方案，具體方案為：在巷道內(nèi)層570～650 m，層間距4.5～5.5 m 位置，在頂板原棚梁中間打設(shè)4.3 m 注漿錨索，注漿錨索采用SKZ22-1/1860 中空錨索，間排距1 600 mm×1 000 mm；巷道內(nèi)層3.5～4.5 m，在頂板原棚梁中間打設(shè)3.5 m 注漿錨索，注漿錨索采用SKZ22-1/1860 中空錨索，間排距1 600 mm×1 000 mm，如圖3 所示。在支護(hù)過程中選用1 卷MSCKb2360 型和1 卷MSK2380 型樹脂錨固劑采用端頭錨固的方式進(jìn)行錨固，安裝時(shí)先放置MSCKb2360 型，再放置MSK2380型，錨固力不低于200 kN[12]。錨索配件采用250 mm×250 mm×17 mm 高強(qiáng)度托板及配套專用鎖具，承載能力不低于350 kN。

圖3 錨注一體化支護(hù)方式

作業(yè)過程中距工作面40 m 處對錨索進(jìn)行注漿，選用ZHM-Ⅲ固安豐注漿加固材料，注漿壓力3～4MPa，注漿時(shí)間保持7～8 min，注漿量約6 kg/根，每次注漿20 m。注漿過程中若出現(xiàn)頂板破碎的問題，需提前對頂板進(jìn)行噴漿封閉。

進(jìn)行錨注一體化支護(hù)過程中，為防止巷道的變形，需對礦壓進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測。進(jìn)行支護(hù)過程中，在棚梁底下支設(shè)信號柱，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳至地面。550～570 m范圍內(nèi)1 m 一根信號柱，570～650 m 范圍內(nèi)2 m 一根信號柱，信號柱上安裝壓力監(jiān)測設(shè)備，用于監(jiān)測頂板壓力顯現(xiàn)情況；試驗(yàn)段內(nèi)每隔12.5 m 補(bǔ)設(shè)一個(gè)頂板離層儀和一個(gè)錨索張拉力傳感器，用于監(jiān)測頂板離層情況和錨索受力情況；試驗(yàn)段內(nèi)每25 m 設(shè)一個(gè)圍巖變形測站，安裝激光測距監(jiān)測設(shè)備，用于監(jiān)測頂?shù)装搴蛢蓭鸵平?；加?qiáng)開采期間的工作面上覆煤巖體結(jié)構(gòu)和采場壓力觀測，現(xiàn)場備齊被動加強(qiáng)支護(hù)材料，發(fā)現(xiàn)頂板下沉或破碎等情況時(shí)立即進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，確保回采期間的安全；加強(qiáng)試驗(yàn)段幫部變形的觀測，幫部出現(xiàn)應(yīng)力集中及變形時(shí)，對幫部進(jìn)行錨注加強(qiáng)支護(hù)。

2.3 29204 工作面錨注一體化支護(hù)效果

采用錨注一體化支護(hù)替代超前單體支護(hù)，采用“單體+π 梁”支護(hù)（排距1 m）時(shí)，超前支護(hù)30 m（10 m范圍內(nèi)采用一梁三柱，20 m 采用一梁兩柱），共需投入單體70 根，π 梁30 根；采用打設(shè)注漿錨索的方式，在支護(hù)段570～619 m（49 m）打設(shè)一梁兩柱（排距1 m），620～654 m（34 m）一梁兩柱（排距2 m），從里程655 m 開始每米中間打設(shè)一根帶帽點(diǎn)柱進(jìn)行支護(hù)，超前支護(hù)20 m，共投入單體支柱20 根。由此可知，采用錨注一體化支護(hù)替代超前單體支護(hù)，可減少單體投入50 根、π 梁30 根，單班減少4 個(gè)工人。同時(shí)，29204軌道順槽在回采期間，超前支護(hù)采用錨注+帶帽點(diǎn)柱支護(hù)方法，巷道整體變形量小，頂?shù)装遄畲笠平?.1 m，錨索最大應(yīng)力為356 kN。采用注漿錨索對工作面回采巷道超前支護(hù)段注漿加固后，巷道頂板巖層穩(wěn)定性及承載能力均得以改善，可提升巷道原有支護(hù)圍巖控制能力。

3 結(jié)論

1）29204 工作面采用“單體+π 梁”支護(hù)方式，巷道所處的地質(zhì)條件復(fù)雜，巷道頂板的下沉量較大，且巷道的傾角較大，錨索破斷率達(dá)到28%以上，影響了錨桿的有效支護(hù)，圍巖出現(xiàn)較大的變形。

2）采用注漿錨索的方式可以封閉巷道淺部的碎巖，與錨桿一體提高圍巖的強(qiáng)度，且對深部的圍巖與錨桿形成主動支護(hù)體系，提高巷道圍巖的穩(wěn)定性。

3）29204 工作面采用錨注一體化支護(hù)替代超前單體支護(hù)，可減少單體投入50 根、π 梁30 根，單班減少4 個(gè)工人，降低了勞動強(qiáng)度，且提高了巷道圍巖的穩(wěn)定性及承載能力，具有較好的支護(hù)效果。