卫 伟

（晋能控股集团山西科学技术研究院科学技术研究有限公司， 山西 太原 030006）

1 四明山煤矿9106-1 运输顺槽工作面概况

晋能控股煤业集团四明山煤矿9106-1 运输顺槽位于采区西部北部第一个采面，南部采区回风巷，西部为北善村边界保安煤柱，北部为井田边界保安煤柱。

9106-1 运输顺槽为矩形断面，巷道净宽4.8 m（毛宽5.0 m）、净高2.5 m（毛高2.6 m），净断面12 m2（毛断面13 m2）。巷道掘进9 号煤层，煤层厚度为1.40～1.79 m，平均1.51 m，属中厚煤层，为结构简单的稳定大部可采煤层；9106-1 运输顺槽顶板多为细粒砂岩或石灰岩，底板为砂质泥岩或K4 石灰岩。

9106-1 运输顺槽采用综合机械化掘进工艺，掘进期间通过EBZ-200 型掘进机割煤、装煤（矸），把煤（矸）运送至9106-1 运输顺槽DSJ800/40/2×75 胶带输送机上，然后把煤（矸）运送至南翼胶带下山胶带输送机上，运送至煤仓，经集中胶带巷胶带输送机运至溜煤眼处，再经主斜井胶带输送机运至地面。

截止目前9106-1 运输顺槽已掘进470 m，巷道掘进至460 m 处位于巷道进向左帮揭露一条正断层，断层落差为1.4 m，倾角为52°，随着巷道继续掘进，巷道掘进至465 m 处位于巷道进向右帮完全揭露断层；由于受断层影响，巷道在揭露断层后，巷道顶板开始出现破碎现象，原顶板采用锚杆（索）以及架棚支护失效现象严重，支护失效率达14%[1]。

2 原顶板支护设计及存在问题分析

2.1 原顶板支护设计

1）9106-1 运输顺槽顶板采用MSGLW-400 型螺纹钢锚杆支护，锚杆长度为2.0 m、直径为22 mm，巷道顶板每排布置5 根锚杆，锚杆布置间距为1.0 m，布置排距为1.0 m，每根锚杆采用一支锚固剂进行锚固，锚杆预紧力为300 N·m。

2）锚索排距3.0 m，每排打设2 根锚索，间距1.8 m，距顶角1.7 m（2-0-0-2 布置）；锚索直径17.8 mm，长度4.3 m。锚索托盘采用300 mm×300 mm×16 mm的高强度拱形托盘，配套使用调心球垫，要求托盘承载力大于353 kN。

3）顶板采用8 号铅丝编制的棱形金属网进行护表，每卷金属网长度为6.3 m、宽度为1.2 m，相邻两卷金属网搭接宽度为0.2 m，金属网通过钢带、垫片固定在巷道顶板上。

4）为了提高顶板稳定性，巷道揭露断层后采取架设密集工字钢棚进行加强支护，工字钢棚架设间距为1.0 m，钢棚主要由顶梁、棚腿、底座组成，顶梁及棚腿主要采用11 号工字钢梁焊制而成。

2.2 原支护存在的问题

1）支护强度低：原顶板采用锚杆（索）支护时，主要通过锚固剂进行锚固，但是当巷道进入断层区后，受断层应力影响顶板岩体出现严重破碎现象，导致顶板岩体内出现裂隙，锚杆（索）锚固效果差。

2）应力区破坏严重：巷道过断层期间受断层剪应力作用，导致应力区顶板持续受构造应力垂直破坏，导致顶板整体承载能力降低，不仅对原顶板支护产生持续破坏作用，而且对两帮岩体产生破坏；而原巷道架设工字钢棚时，该支护属于被动支护，在应力破坏前无法对顶板主动产生支护作用，导致钢棚支护时出现严重变形现象。

3 注浆锚杆支护应用

3.1 支护结构

9106-1 运输顺槽断层区顶板采用的注浆锚杆长度为3.5 m、直径为35 mm，采用无缝钢管焊制而成，中部孔直径为20 mm，注浆锚杆底部为销尖状，且为封闭状态，端部为丝扣状，丝扣长度为0.2 m，注浆锚杆从底部往端部1.5 m 范围内，锚杆四周均匀布置三排注浆花孔，每排布置5 个，花孔直径为10 mm，孔间距为0.3 m[2]。

3.2 注浆设备

1）采用双液注浆泵进行注浆，注浆泵型号为2ZBQ50/6 型，注浆泵排量为50 m3/h，注浆压力为6 MPa，注浆泵分别与注浆桶、注浆管路、清水桶、控制阀门、混合器、压力表进行连接，如图1 所示。

图1 注浆设备布置示意图

2）注浆液采用马丽散有机化学材料，马丽散矿用煤岩体加固材料是一种双液型高分子注浆产品，由树脂和催化剂组成，该产品施工通过一台气动注浆泵和一支搅拌注射枪以1∶1 的体积比搅拌混合注射到煤岩体中，低黏度混合物可快速渗透煤岩体微细裂隙，膨胀固化生成高强度，高韧性的高分子聚合材料，该材料黏结力强，机械性能高，提高了煤岩体的整体强度，适用于矿下破碎煤岩体的注浆加固[3-7]。

3.3 支护工艺

1）首先采用液压钻机配合六棱钻杆以及直径为40 mm 合金钢钻头进行注浆锚杆支护孔施工，每排布置3 个注浆锚杆支护孔，孔间距为2.0 m，中部支护孔与顶板垂直布置，两侧支护孔与两帮夹角为75°，支护孔深度为3.8 m、直径为40 mm，支护孔布置排距为3.0 m。

2）支护孔施工完后对孔内安装注浆锚杆，为确保注浆锚杆稳固在岩体内，每根注浆锚杆采用一支MSK23/35 型锚固剂进行锚固。

3）注浆锚杆锚固后对锚杆中部孔内填装一根直径为18 mm注浆软管，软管深入锚杆内部长度为3.0 m，注浆软管安装后对注浆锚杆端部采用止浆塞进行封堵。

4）将注浆软管与注浆泵进行连接，然后开启注浆泵进行注浆施工，在注浆过程中控制好注浆压力，注浆完成后及时拔出注浆软管，当同一排注浆锚杆注浆施工后，在锚杆外露端安装一根长度为4.2 m“JW”型钢带并对其进行预紧。

4 结论

截止2020 年12 月7 日9106-1 运输顺槽已掘进到位，通过对断层区支护优化采取注浆锚杆支护后，有效提高顶板稳定性，通过对顶板注浆围岩进行单轴抗压实验发现，注浆区围岩单轴抗压强度提高至42 MPa，顶板裂隙带范围得到了有效控制，与传统锚杆（索）支护相比，注浆锚杆支护具有以下优点：

1）支护工序简单：9106-1 运输顺槽应力区顶板采用注浆锚杆支护后，巷道内无需进行架棚支护，简化了巷道支护工序，同时与架棚支护相比，注浆锚杆支护时只需3 人施工即可，而架棚支护需5~7 人施工，有效减少了劳动作业强度。

2）降低了支护成本费用：9106-1 运输顺槽采用原顶板锚杆（索）、矩形钢棚支护时，每米支护成本费用为0.42 万元，而采用注浆锚杆支护后减少了顶板支护数量，每米顶板支护费用降低为0.22 万元，大大节约了支护成本费用。