朱 峰

（汾西矿业南关煤业公司，山西 灵石031304）

引言

受采动压力影响回采巷道围岩容易变形，给采面正常生产带来一定的不利影响，为此《煤矿安全规程》要求采面超前支护距离应在20 m以上[1-2]。现阶段回采巷道超前支护一般选用以锚网索为主的主动支护方式及以单体、π型梁、超前支撑液压支架等为主的被动主护方式[3]。主动支护方式具有适用性强、支护方式简单等优点，但是也存在支护效率及支撑强度低、支护材料不可循环利用问题；被动支护具有支护强度高、速度快等优点，但会对巷道原有的支护体系造成一定的影响[4-6]。以山西某矿1605综采工作面沿空留巷巷道超前支护为工程背景，将注浆锚索应用到巷道超前支护中，在确保巷道围岩稳定的前提下实现了节约支护成本以及提高劳动效率目的。

1 工程概况

1.1 采面概况

某矿1605综采工作面走向、倾向长分别为980 m、152 m，北侧为已回采完毕的1603采面采空区，南侧为圈定的1608采面（实体煤）。1605综采工作面开采的6号煤层埋深620 m，煤厚3.1 m，倾角10°，具体6号煤层顶底板岩性参数见表1。

表1 6号煤层顶底板岩性

1.2 沿空留巷支护情况

1605综采工作面回风巷采用沿空留巷形式布置，巷道采用切顶卸压+锚网索联合支护形式对围岩进行控制，具体支护断面见图1所示。

图1 留巷巷道支护设计图（单位：mm）

在巷道留巷过程中，由于巷道围岩受采用影响显著，为降低动压对巷道围岩造成的影响，留巷滞后段选用单体支柱+π型梁组成“一梁四柱”支护形式对围岩进行控制。在采面后方留巷帮挡矸支护选用“钢筋网+金属网+U型钢（可伸缩）+槽钢拉杆”方式。由于留巷巷道在采面前方受到采动压力影响明显，部分单体支柱+π型梁组成“一梁四柱”支护给顶板锚杆（锚索）支护体系造成显著影响，导致顶板变形量较大。现场统计发现在超前支护段锚杆、锚索损坏率分别为53.6%、47.5%。为了降低单体超前支护对原有支护体系影响，矿井决定选用注浆锚索进行超前支护。

2 注浆锚索在回采巷道超前支护中应用

2.1 注浆锚索施工方案

2.1.1 施工参数

在1605综采工作面回风巷采用注浆锚索进行超前支护，以便取消单体支柱支护。根据6煤顶底板岩性（表1）可知，采面直接顶、基本顶分别为4.7 m砂质泥岩、7.6 m细粒砂岩。注浆锚索的锚固端应在处于坚硬的稳定岩层中，因此，将注浆锚索长度设计为7.6 m。

在采面回风巷超前支护段选用规格为Φ22mm×7 600 mm注浆锚索（中空）对顶板进行补强支护。由于该回风巷为沿空留巷巷道，若仅在靠近上帮顶板位置布置一排注浆锚索时，当采空区顶板垮落后有可能会造成顶板锚索失效，因此为了提升顶板支护强度确保顶板岩层稳定，决定在顶板布置2排注浆锚索，一排与上帮间距200 mm、一排与下帮间距1 200 m，2排注浆锚索布置呈“三花眼”状，间距均为1 600 mm。注浆锚索施工完毕后将张拉力提升至16 MPa，注浆后立即将张拉力提升至40 MPa。

2.1.2 施工步骤

在施工注浆锚索段应提前铺设好压风、压水管路，并将钻机、注浆锚索、锚固剂等设备材料布置到指定地点。注浆锚索施工步骤：

1）先在巷道顶板指定位置钻进锚索眼、对锚索进行锚固并安装直浆塞，随后再安装锚索托盘及锚具，进行初次张拉。

2）每个注浆锚索均采用2支锚固剂锚固，注浆锚索超前采面支护距离控制在30 m以上。

3）初次张拉将张拉力提升至16 MPa后，对钻孔进行注浆，注浆完成后立即对锚索进行二次张拉，将张拉力提升至40 MPa。

4）当顶板岩层较为稳定时可选用先施工注浆锚索后集中注浆方式提高施工效率，但当顶板较破碎或顶板压力较大时应采在注浆锚索施工完毕后立即注浆加固。当注浆锚索施工点位置有钢筋梯、锚杆等影响可适当调整施工位置并应确保调整距离在500 mm以内。

2.2 注浆参数

1）注浆时机。注浆时机根据1605回风巷顶板岩层岩性及变形监测结果确定，当顶板变形无异常时可在超前采面30～50 m位置开始布置注浆锚索。

2）注浆材料。现阶段煤矿井下注浆材料一般选用有机材料、无机材料两大类，其中有机材料一般用于快速封堵、防治水等，无机材料（以硅酸盐水泥为代表）一般用以围岩加固、裂隙封堵等。在1605回风巷注浆时选用无机材料作为注浆材料。无机材料中不同添加剂、水灰比配备得到的材料黏度、流动性存在明显差异。根据以往注浆材料为普通硅酸盐水泥+添加剂（水泥分散剂），具体水灰质量比为0.7∶1，添加剂添加量为水泥用量的10%。

3）注浆压力。根据以往注浆经验，将注浆压力确定为4 MPa，并根据注浆结果适当对注浆压力进行调整。

3 支护效果分析

采用钻孔窥视以及围岩变形监测方法对注浆锚索超前支护效果进行分析。

3.1 钻孔窥视

在注浆锚索超前支护段布置3个窥视钻孔对注浆加固效果进行窥视，具体部分窥视钻孔成果图见图2。

图2 钻孔窥视图像

从图中看出，通过注浆锚索超前注浆加固后，巷道顶板上覆岩层中的裂隙得以被充填，在窥视钻孔周边可清晰看到水泥浆充填痕迹。注浆后浆液在覆岩裂隙中均匀扩散，采用注浆锚索可显著提升巷道顶板岩层稳定性及承载能力。

3.2 围岩变形监测

待注浆锚索施工完毕后逐渐降低原支护强度，具体为：将超前采面前方20 m以外单体支柱间距由700 mm±100 mm提升至1 400 mm±100 mm，通过1个月监测发现顶板下沉量在8 mm以内；随后将采面20 m超前支护段的液压支架改为间距1 400 mm±100 mm单体支护，并监测到顶板下沉量在15 mm左右，围岩整体保持稳定。为了确保巷道围岩稳定，在巷道超前支护段中部留设一排单体作为信号柱监测顶板变形情况。

在1605回风巷采用注浆锚索代替原有的超前支护方式对巷道围岩进行控制，在采面回采期间及后期留巷期间回风巷围岩变形均在安全范围内，可确保采面回采及巷道使用安全。

4 结论

1）采用注浆锚索对采面回采巷道注浆加固后，巷道顶板岩层稳定性及承载能力均得以改善，可提升巷道原有支护提升围岩控制能力。

2）现场应用后，巷道在采面回采期间顶板下沉量最大为15 mm，在采面后方最大下沉量为156 mm，顶板岩层控制效果明显。