破碎顶板巷道全锚注支护技术研究

2021-09-21刘俊明

机械管理开发 2021年8期

刘俊明

（山西焦煤汾西矿业南关煤业，山西灵石 031304）

引言

随着矿井采掘深度的增加，开拓以及回采巷道支护难度逐渐增加，特别是巷道围岩破碎时，确保巷道围岩结构稳定成为确保煤炭高效安全回采的关键环节之一[1-2]。为此，众多的科研学者对巷道支护技术展开研究，其中王连国等[3]针对破碎顶板巷道围岩变形特征，提出采用以中空注浆锚杆为核心的锚注支护技术，通过注浆提升巷道围岩稳定性并使用锚杆提高围岩承载能力，有效解决了深部高应力软岩巷道围岩控制难题；黄庆显等[4]对深部破碎巷道围岩变形破坏机理进行分析，探索出了软岩巷道围岩控制体系，取得较好的围岩控制效果。因此，根据以往研究成果基础上[5-6]，以36031 巷道为工程背景，针对巷道顶板破碎问题，提出采用全锚注技术提升巷道围岩承载能力以及稳定性，有效控制了顶板破碎巷道围岩变形，现场取得较好的应用效果。

1 工程概况

山西某矿36031 巷为3601 综采工作面运输巷，采面设计走向推进距离为1 500 m，倾向长度150 m，所采的6 号煤层厚度4.5 m，倾角10～18°。36031 巷长度为1 530 m，断面为矩形（宽×高=4.95 m×3.2 m），顶板岩层岩性以粉砂岩为主，底板以泥岩、粉砂岩为主，具体围岩岩性参数见表1。

表1 岩性参数

36031 巷采用EBZ260 综掘机掘进，月掘进进尺设计为350 m。受到区域地质构造影响，36031 巷顶板岩性较为破碎，采取常规的锚网索支护方式可以存在围岩变形量大问题，给巷道使用带来一定的安全威胁。如巷道在405 m 位置，由于顶板存在一定淋水，导致巷道顶板出现冒落，顶板布置的金属网破断，最大冒落度达到1.5 m，给巷道的安全使用带来明显围岩。为此，文中提出采全锚注技术对巷道围岩进行控制。

2 全锚注技术

2.1 注浆系统

1）中空注浆锚索。文中提出采用高强度新型注浆锚索对围岩进行控制，与传统的注浆锚索相比具有强度更高、直径更小以及注浆效果更显著优点，具体采取的锚索结构如图1 所示。

图1 中空注浆锚索结构

采取的新型注浆锚索具有下述主要特点：采用的新型注浆锚索中部有注浆细管，锚索注浆孔逆向钻孔开孔方向，从而降低注浆浆液中空气掺入量；采用的树脂锚固剂可在短时间即可将锚固端可靠的进行固定；注浆锚索施工完成后可与锚杆相互配备，形成结构完整以及强度较高的承载单元，有效控制顶板破碎巷道围岩变形；采用的新型锚索强度高，可有效缩小锚索杆体直径。具体使用的新型中空注浆锚索技术参数如下页表2 所示。

表2 注浆锚索技术参数

2）注浆锚杆。采取的注浆锚杆为厚壁螺纹钢锚杆，具有强度高、便捷性以及可操作性强等优点。具体采用的中空注浆锚杆技术参数为：锚杆杆体直径25 mm、杆体延伸率18%、重量为3.0 kg/m，匹配的锚杆钻孔孔径为32 mm，锚固采取内锚外注方式。

3）注浆浆液。注浆浆液为水泥单液浆，水灰质量比为2∶1，在水泥浆中按照水泥用量的8%添加有无机添加剂。该水泥单液浆具备增强、微膨胀以及减水等功能，可有效提升水泥浆液黏结强度以及抗变形能力。

4）注浆设备。锚杆以及锚索钻孔施工均采用架柱式锚杆钻机施工，钻孔孔径均为32 mm。注浆采用体积小、质量轻可以可靠性强等注浆泵，型号为ZBY1.8/12.0-11。在注浆时注浆锚索采用高压注浆方式，注浆压力确定在6MPa 左右；注浆锚杆采用低压注浆方式，注浆压力2 MPa。注浆压力达到后保压30 min。

2.2 支护设计

在36031 巷内采用的全锚注支护技术支护断面见图2，锚杆规格为Φ25 mm×2 400 mm 并按照800 mm×800 mm 间排距布置，顶板布置8 根锚杆、巷帮各布置4 根；锚索规格为Φ22 mm×6 300 mm，锚索均靠近巷道左帮布置，间排距均为1 600 mm。

图2 全锚注支护技术支护断面（单位：mm）

3 围岩控制效果

为了确定在36031 巷采取的全锚注支护技术现场应用效果，对巷道顶板岩层离层情况以及围岩变形量进行监测。待巷道全锚注支护完成20 d 内，顶板离层量相对较大，最大离层量达到8 mm；支护完成20～40 d 顶板离层量增加至10 mm 且离层基本稳定，后续未再继续增加。巷道表层围岩变形中以巷帮收敛为主，变形量最大为32 mm；顶板下沉量控制在15 mm 以内，由于巷道底板为相对坚硬的粉砂岩，在监测期间未发现底鼓发生。