采空区下高应力回采巷道围岩修复技术研究与应用

赵树丰

(西山煤电吕梁德威公司，山西 太原 030022)

引 言

近年来，随着煤炭资源的持续开采，采空区及预留煤柱对巷道围岩所处环境的采动影响，孤岛工作面回采巷道亦受到临近的采空区侧向压力以及回采面采动压力双重作用，围岩控制较为困难，造成了许多矿区相继都出现了用传统的支护方法难以控制的高应力巷道，巷道围岩表现出明显的大变形、长时间持续变形的特性，给煤矿的安全生产带来了极大威胁，在此背景下应采取主动支护形式对巷道进行二次加固，降低采动影响对巷道的破坏。

1 工程概况

官地矿33423工作面可采长度960 m，正巷0 m～148 m、170 m～210 m、335 m～355 m和副巷0 m～330 m、435 m～450 m段上部为实体煤柱，其余段上部为采空区或空巷，随回采推进，两巷变形量大，主要体现为原支护顶板破碎、局部离层下沉，顶锚杆、锚索有断损现象，拱架折断；底板底鼓，底鼓量0.5 m～1 m，巷道掘送高度3.5 m，变形后高度2.2 m～3 m；两帮收敛，巷道掘送宽度4.2 m，现宽度3.2 m～3.7 m。副巷已使用掘进机从50 m至330 m进行了拉底，拉底后巷道高度达到3.5 m，190 m至330 m两帮进行了刷扩，宽度达到3.5 m以上，但仍有来压显现，为确保安全顺利回采，在该工作面采用高应力回采巷道围岩修复技术。

2 高应力回采巷道围岩修复技术

采用以锚注加固理论为核心，以注水泥为核心的双液浆等加固材料的合理方案在采空区下破碎围岩巷道中产生环状再生岩体，采用锚注微裂隙围岩改性方案，即：“中空注浆锚杆+中空注浆锚索”形成“深-浅”耦合全断面锚注加固支护[1-2]，通过这种“深-浅”耦合加固作用，使得巷道围岩在不同深度处都形成再生岩体，在提高围岩整体性的同时，形成深部和浅部围岩相互支撑、互为承载体的耦合加固支护新技术，主动加固围岩，提高围岩自身强度和承载能力，大大改善巷道的支护效果[3-4]，优化后的巷道支护方案,可以有效保证巷道围岩的稳定，确保33423回采工作顺利开展。

3 方案设计

3.1 支护形式

33423工作面副巷巷道修复设计工作，采用中空注浆锚索配以超强矿用无机材料注浆以改变围岩物理力学性质提高围岩强度。

3.2 支护材料及参数

1) 顶板锚索：采用SKZ22-1/1860型注浆锚索，直径22 mm，锚索长度采用7 300 mm，间排距为1 800 mm×2 000 mm，平行布置，如第178页图1所示。

2) 帮部锚索：采用SKZ22-1/1860型注浆锚索，直径22 mm，锚索长度采用4 300 mm，间排距为1 600 mm×2 000 mm，平行布置。

3) 固表材料：ZTS-Ⅲ型固安瑞固表材料。

图1 注浆锚索布置示意图

4 施工流程

4.1 施工流程

①按间排距钻孔→②压风扫孔→③安装注浆锚索及止浆塞→④安装托盘张拉预紧→⑤安装球形阀及注浆管→⑥检查顶板完整性及裂隙发育程度→⑦喷浆(如巷道表面有裂隙)→⑧开泵搅拌配浆并注浆(缓慢增压)→⑨达到注浆参数时停止注浆→⑩30 min后卸下球形阀，但不要过分用力，只要托盘贴紧巷壁，用板手上紧螺母即可。

4.2 巷道断面内锚注顺序

在断面内注浆锚杆施工时顺序：先从底板开始钻孔注浆，原则上钻一孔安装后立即注浆；底板注完再从两侧由下向上对称钻孔注浆，最后顶部注浆，其顺序为1→2→3→4→5→6。见示意图2a)。

4.3 按巷道纵向锚注顺序

在巷道纵向采用隔排注浆，其顺序为1-1断面→3-3断面→5-5断面→2-2断面→4-4断面→6-6断面，重复上述过程。如图2b)所示。

图2 锚注施工顺序示意图

5 工程应用效果

工作面开始回采后，两巷变形剧烈，随机采取该加固技术，副巷共加固300 m，正巷加固了100 m，在副巷100 m、200 m、300 m处分别设置3个围岩变形观测点，每2天使用十字布点法对巷道变形量进行统计，测点布置如图3所示。

图3 “十字”布点法(面向采空区)

第179页表1为2#测点原始记录，表2为2#测点加强支护后原始记录。

通过对3个测点加套反底梁前后巷道收敛量进行统计分析比较，结果如第179页图4所示。

从图中可以得出：

1) 在未加强支护前，随工作面的推进，不同测点的底鼓量均呈现指数增长形式，最大变形量达到480 mm，占顶底板移近量的55%，此时巷道变形剧烈，必须进行整巷后方可继续生产，且越靠近工作面，受采动影响越明显，底鼓量也越大。

2) 当加强支护后，随工作面的推进，底鼓量仍呈指数形式增长，但不同测点的底鼓量均大幅降低，最大变形量为210 mm，仅为施工前的31.8%。

3) 加强支护后，顶板下沉量由前20天的160 mm降低至后20天的49 mm，减少了69%，两帮移近量由前20天的131 mm降低至后20天的96 mm，减少了26.7%。

6 结论

1) 通过采用该围岩修复技术，原有已破坏变形巷道经过返修后变形量较原有支护强度下较少了69%，两帮移近量减少了26.7%。

表1 工作面正巷顺槽表面位移观测原始数据记录表

表2 工作面正巷顺槽加套反底梁表面位移观测原始数据记录表

图4 布设测点在加固前后底鼓量变形曲线图

2) 巷道修复加固后可采区域经济效益得到显著提高。