韩 伟 赵 奇

（1.山西霍宝干河煤矿有限公司，山西 霍州 031400；2.中国煤炭学会，北京 100013）

1 工程概况

干河煤矿2-107 工作面是一L 型工作面，工作面两顺槽掘宽5.0 m，高3.8 m，属于大断面巷道。如果工作面两巷超前支护采用传统的单体柱+π 型钢超前支护形式，不但超前支护强度低，而且支护工作难度大，工人劳动强度极高，必将限制工作面的回采速度。为此，干河煤矿在2-107 工作面采用中空注浆锚索加固超前支护新技术[1-4]，设计了技术方案，并进行了工业试验和矿压监测。

2 巷道控制理论基础

2.1 动压巷道稳定控制方法

（1）提高巷道围岩的强度。主要有三种方法：① 提高支护阻力；② 锚杆（锚索）加固；③ 注浆加固。

（2）充分调动围岩的承载能力。主要有两方面：① 二次支护，一次支护主要是通过加固围岩从而提高其残余强度，二次支护则以变形的形式释放围岩应力；② 调动巷道深部围岩强度，巷道浅部围岩强度低，通过锚索锚入深部围岩后，通过改善围岩的力学性能和应力状况，从而有效地控制围岩变形。

2.2 中空锚索注浆加固机理

中空注浆锚索结构如图1，其主要技术参数见表1。

图1 中空注浆锚索结构

表1 中空注浆锚索主要技术参数

中空注浆锚索支护加固机理：（1） 形成多层组合拱结构支护体系；（2） 耐候性水侵；（3） 提高支护体-围岩的整体承载力；（4） 提高支护结构的整体强度和平衡性；（5） 支承体受力平衡，避免应力集中；（6）机械与物理双重加固。

3 方案设计及支护强度校核

3.1 支护参数选择

（1）锚索型号。选用SKZ22-1/1860 型中空注浆锚索，其技术参数见表1。

（2）锚索长度。2#煤层顶板15.6 m 处存在厚度1.7 m 的K8 细粒砂岩，虽然岩层强度较高，利于锚固，但距离巷道顶板太远，不适合选择在此层位锚固。根据综合柱状图和实际钻孔窥视顶板岩层层位岩性证实，2#煤层上部6.5 m 处存在厚度1.2 m的细砂岩，强度相对较高。基于此，选择锚索长度L=7300 mm，锚固深度7000 mm，外露300 mm。

（3）锚索布置。根据两巷原支护参数，超前注浆锚索呈“二·二”型布置。2-107B1 巷锚索间距2400 mm，排距1800 mm；2-107B2 巷锚索间距2400 mm，排距1600 mm。

注浆锚索布置如图2、图3 所示。

图2 2-107B1 巷超前支护图

图3 2-107B2 巷超前支护图

（4）锚索托盘、锚固剂、预紧力、注浆浆液选择。

① 托盘。原支护使用了W 钢带，护顶面积满足要求，故注浆锚索不加“梁“或“带”，选用高强锰钢鼓型托盘，其规格为300 mm×300 mm×14 mm。

② 锚固剂。考虑锚索出浆孔位置，每孔用1 条Z2360 和2 条CKb2340 型树脂锚固剂。

③ 注浆浆液。采用水泥物理浆液，水泥采用PO.42.5 普通硅酸盐水泥，水灰比0.6～1.0。

④ 锚索预紧力。锚索预紧力设计为150 kN。

3.2 支护强度校核

通过对2-107 临近工作面矿压监测，超前动载系数为3.5 左右。

根据自然平衡拱理论，巷道在静压时顶板载荷：

巷道在动压时载荷：（实测动载系数3.5，为安全起见，动载系数取4）

每米巷道顶板总压力：

原支护锚索每米承受载荷（其工作效率按85%计）：

中空锚索支护每米巷道承载的顶板压力：

由以上计算可以看出，2-107B1 巷需要增加中空锚索支护，而2-107B2 巷道原支护强度已经满足超前支护的要求，无需再补打中空注浆锚索。所以，只对2-107B1 巷支护参数进行强度校核如下。

中空注浆锚索工作效率按85%计，则每米巷道需要注浆锚索数为：

设计方案中，支护密度为：

N2-107B1设计一=2/（2×0.9）=1.11 根/m

N设计一＞N注，k=N设计一/N注=1.11/0.49=2.3 ＞2，安全系数大于2，支护强度满足要求。

3.3 工业性试验及超前支护效果评价

工业性试验由2-107B 面开始实施，于2-107B切巷前设置矿压监测站，观测了注浆锚索锚固力和巷道表面位移随工作面开采推进的变化规律。通过观测和数据处理，获得各观测值随工作面推进距离变化曲线如图4、图5。

图4 巷道表面收敛量变化曲线

图5 锚索锚固力变化曲线

从以上矿压监测结果可知，巷道两帮收敛和顶底板移动量不大，中空注浆锚索锚固力仅达到额定锚固力的70%左右，安全系数足够。工业性试验证明，设计方案安全可行。

4 结论

（1）与传统的单体支柱+π 型钢超前支护技术相比较，中空注浆锚索加固超前支护技术具有主动支护强度高，工艺简单，劳动强度低等优点。对于工作面两巷断面大，采用传统的单体支柱+π 型超前支护难度大的情况下，选用中空注浆锚索加固超前支护新技术更具有针对性和实用性。

（2）在设计超前支护参数时，即要考虑到原支护体的支护能力，还要顾及动载系数和中空注浆锚索的额定锚固力，并通过留有安全系数进行支护强度校核来确定。注浆质量对巷道顶板整体性提高和锚固增锚效果影响很大，应注重注浆质量这一工艺环节。

（3）干河煤矿采用中空注浆锚索加固超前支护技术设计方案的工业性试验及成功应用，是对传统的超前支护技术的改革，大大地降低了超前支护的劳动强度，改善了超前巷道的环境，促进了工作面的高效安全开采。