“三大一高”复合顶板煤巷中空高强锚注锚索支护技术的应用

陈建勋 王海涛

（河南平宝煤业有限公司，河南 许昌 461700）

平宝公司己15-17-12100机巷地面标高+118.8～+136.7m，井下标高 -744.6～ -722.6m。直接顶为砂质泥岩，厚度为2.8～6.0m。煤巷原设计断面为净宽×净高=4600×3000mm。随着掘进长度的增加和时间的推移，巷道开始出现顶板下沉、两帮收缩、断锚杆和断锚索等现象。因采煤工艺（一次采全高）和技术装备（大型端头支架、单轨吊运输）的提升，原施工宽度和高度已无法满足回采期间的要求，施工断面需变更为5200×4000mm。更改断面后，若仍采取原支护方案，巷道出现的顶板下沉、两帮收缩、断锚杆和断锚索等现象将更加明显，更加严重，原有的支护方法很难获得预期的支护效果，势必导致巷道围岩破坏、失稳，巷道断面收缩严重，无法正常使用，不得不反复进行维修，严重影响采面回采。本文主要是在高强锚杆+钢带+高强锚索联合支护技术的基础上增加锚注技术，通过巷道高强锚注试验，重点分析对比使用锚注支护前后巷道顶板下沉量、两帮收缩量和断锚杆数量等方面的差异，进而研究解决大埋深、大跨度、大断面和高应力条件下巷道煤巷顶板支护技术难题。

1 原支护技术分析

己15-17-12100机巷原支护采用高强锚杆（600MPa，Φ22×2600mm高强让压锚杆）+钢带+高强锚索（1860MPa，Φ22×8000mm）联合支护，排距为800mm，锚杆使用2卷2850型树脂药卷，锚索使用3卷2850型树脂药卷。技术人员利用钻孔测井分析技术对顶板钻孔进行了摄像、录像观测，钻孔深度约为8m。从观察结果来看，己15-17-12100机巷煤层顶板0.3～0.45m、3.0～4.1m范围内易出现离层现象。己15-17-12100机巷原支护锚杆锚固长度为1450m，锚索锚固长度为2177mm，虽然属于主动支护，但锚杆未锚固段和锚索未锚固段仍处于离层、破碎范围内，这势必会影响锚杆、锚索的支护效果，导致其整体随岩体整体下沉，未锚固段受高水平应力而断裂。

2 注浆加固设计方案

依据原支护技术分析结果，己15-17-12100机巷施工跨度增加后，在原有支护强度的基础上引入中空高强锚注锚索支护，即把普通高强锚索改为中空高强锚注锚索。通过注浆实现锚索的全长锚固，提高锚固强度和锚固可靠性；通过注浆利用浆液封堵围岩裂隙，将松散破碎的围岩胶结成整体，提高围岩的承载能力，改善巷道支护效果。

2.1 中空注浆锚索施工参数

锚索采用螺旋肋预应力钢丝制造的中空锚注锚索，型号为SKZ22-1/1860。锚固性能方面，注浆锚索顶端出浆孔距锚索顶端距离为1450mm，对比1卷MSK2850树脂锚固剂与2卷MSK2850树脂锚固剂，在锚固长度、锚固质量上2卷2850树脂锚固剂稍优于1卷2850，又不影响注浆效果，因此Φ22mm中空注浆锚杆采用2卷2850树脂锚固剂。

2.2 注浆工艺及注浆参数

己15-17-12100机巷为新掘巷道，围岩相对较为完整，存在裂隙离层发育不充分的现象。从水灰比的最佳配比、注浆压力、扩散范围等方面，拟定了五套注浆参数试验方案，试验设备、材料等见表1。

表1 不同浆液配比试验方案及记录表

（1）水泥浆液配比

根据注浆参数，现场进行注浆试验。随着水泥浆液流动性的增大，注浆锚索浆液扩散范围增大，但煤巷顶板裂隙多（顶锚杆施工后有裂隙），注浆压力降低，注浆量减少。综合考虑，采用注浆液水灰比为 1:1.8～1:2。

（2）注浆压力

注浆压力过小将会导致浆液难以在围岩裂隙和节理中扩散和密实，达不到预期支护效果。由于己15-17-12100机巷围岩裂隙发育程度低，且采用水泥单液注浆材料，灰水比高，流动性低，为保证水泥浆液的扩散效果，注浆压力选取8MPa。

（3）注浆时机

注浆必须选择合适的时机，即不能太早又不能太晚。过早注浆，巷道围岩松动圈过小，深部裂隙没有得到扩展，注浆只对巷道近表破碎的围岩进行加固，补强加固的效果不明显；如果注浆时间过晚，围岩变形破坏过大，甚至出现巷道失稳的情况，这时不仅注浆量少，而且跑浆、漏浆严重，很难保证施工质量。根据现场注浆观测，结合巷道围岩表面位移监测结果，综合分析，注浆应在注浆锚索施工后15d，滞后工作面迎头距离80m左右。

3 注浆加固效果观测与分析

3.1 围岩表面位移观测

己15-17-12100机巷每隔50m设观测点，进行巷道表面位移量监测。巷道表面位移量监测采用十字布点法安设测点，通过图1和图2对比锚注前后巷道表面位移变化量。

图1 机巷240排未锚注段前60d巷道表面位移变化曲线

图2 机巷1111排锚注段前60d巷道表面位移变化曲线

从巷道表面位移监测结果看，巷道监测位置变形量随时间不断增加。通过对比可以看出，未锚注段前60d顶板下沉量在68mm左右，两帮收缩量在85mm左右，且巷道未稳定，仍在继续破坏；锚注段前60d顶板下沉量在5mm左右，两帮收缩量在40～55mm左右，且巷道趋于稳定。

3.2 顶板离层监测分析

己15-17-12100机巷每隔50m设观测点进行巷道顶板离层监测。顶板离层监测深基点固定在锚索锚固端位置，深度约为7.8m，浅基点固定在锚杆锚固端位置，深度约为2.5m。通过图3和图4对比锚注前后巷道顶板离层变化量。

图3 机巷541排未锚注段前70d巷道顶板离层变化曲线

图4 机巷988排锚注段前70d巷道顶板离层变化曲线

由图可以看出，未锚注段前70d顶板离层量随时间推移呈增大趋势，第541排深部离层量最大达到140mm，浅部离层量最大达到34mm；锚注段前70d顶板离层量随时间推移变化量不大，整体趋于稳定，第988排深部离层量才变化4mm，浅部离层量无变化。对比发现，注浆后支护效果明显好转。

3.3 锚注前后支护效果分析

己15-17-12100机巷前552m断面为净宽×净高=4600×3000mm，使用普通锚索后930m断面为净宽×净高=5200×4000mm。施工跨度由4600m更改为5200m后，增加了注浆工艺，虽然施工跨度增长了，但锚杆数量非但没有增多，通过锚索注浆填充了围岩裂隙，使锚杆与原岩形成一个整体，使巷道保持稳定而不易产生破坏，减少了水平应力对锚杆的剪切破坏，避免锚杆因动压影响而被剪断。锚注支护取得了很好的支护效果。

4 应用效果

中空高强锚注锚索支护技术在己15-17-12100机巷得到了成功的应用，减少了顶部下沉量和两帮收缩量。增大断面后，行人通道更加宽敞，降低了进风巷风速，缓解了采面接替的紧张局面，创造了适宜的井下作业环境，保障了矿井生产的顺利进行和职工的人身安全，有效地解决了大埋深、大跨度、大断面和高应力煤巷顶板变形破坏的难题，为河南平宝煤业有限公司安全生产、高效生产提供了条件。