赵庄煤业复用巷道锚网索注联合支护技术研究与应用

陈利东

(晋能控股煤业集团 赵庄煤业，山西 长治 046600)

煤炭是我国的主要消费能源，煤矿的安全高效生产直接关系到国民经济的快速发展。我国煤矿以井工开采为主，需要掘进大量的巷道，为维护服务期内巷道围岩的稳定性，国内外专家学者进行了大量研究，诸如悬吊、组合梁、压缩拱、围岩强度强化等理论假说，又如锚杆(索)支护、棚式支护、注浆支护等技术及其相互结合形成的联合支护技术，推进了巷道围岩控制理论和支护技术的发展[1-3]。目前，煤矿井下存在大量采动巷道，该类巷道受采掘扰动影响，巷道围岩相对破碎，易出现冒顶、片帮等事故，巷道维护困难[4-5]，因此，本文以赵庄煤业13102巷复用巷道受多次采掘扰动影响为工程背景，开发复用巷道锚网索注联合支护技术，为类似生产地质条件巷道稳定控制难题提供指导。

1 工程概况

赵庄煤业13102巷为1310工作面回风巷道，全长约2 750 m，为1310和1311两个工作面服务。目前1309工作面临近回采完毕，1310工作面准备接替，1311正在布置回采巷道，13101巷与13102巷之间保护煤柱净宽50 m，13101巷、13102巷掘进前，在煤柱下方提前布置了1条底抽巷进行预抽，底抽巷顶板距离煤层底板15～16 m，底抽巷中心线距离13102巷中心线水平距离30 m，巷道布置见图1。13102巷掘进揭露煤层平均厚度为4.75 m，煤层结构简单，直接顶为1.50 m厚的黑色泥岩，岩性呈致密块状、含植物化石、裂隙发育，基本顶为0.65 m厚的黑色砂质泥岩，夹粉砂岩条带，直接底为2.80 m厚的黑色泥岩，岩性呈厚层状、含植物化石、岩心破碎，基本底为4.08 m厚的深灰色砂质泥岩，岩芯多呈短柱状、易裂成薄片状及块状。

图1 巷道布置平面示意

现场考察发现，13092巷超前工作面范围内帮部锚索受底抽巷采掘扰动影响(13092巷与13102巷生产地质条件类似)，锚索锚固力出现大幅度衰减，巷道出现严重变形破坏，直接影响到工作面的高效回采。为保证13102巷在服务期内，巷道围岩得到有效控制，设计采用锚网索注联合支护技术用于控制围岩的稳定性。

2 锚网索注联合支护技术

13102巷为矩形断面，沿顶掘进，留有底煤，掘进宽度为5.0 m，掘进高为4.5 m，掘进断面积为22.5 m2，净宽为4.8 m，净高为4.4 m，净断面积为21.12 m2，巷道采用锚网索注联合支护技术，具体包括锚网索联合支护技术和超前注浆加固技术，具体技术参数如下。

2.1 锚网索联合支护技术

采用锚杆、锚索、菱形网、钢筋托梁联合支护，具体支护参数如下：

1) 顶板支护：顶板采用锚索、菱形网、钢筋托梁联合支护，锚索采用规格为D22 mm× 6 400 mm的1×19股的高强度预应力钢绞线，配套规格为300 mm×300 mm×16 mm的拱型高强度托盘和专用锁具，锚索排距1 200 mm、间距1 100 mm，顶角锚索距帮300 mm，每排布置5根锚索，钢筋托梁采用D10 mm的钢筋焊接而成，宽80 mm，长度4 500 mm，在安装锚索位置处焊接两段纵筋，纵筋间距100 mm，以便安装锚索，金属网采用10号铁丝编织的菱形网，网片规格为5 200 mm×1 350 mm，搭接长度不低于100 mm，每隔100 mm采用双股16号镀锌铅丝捆扎，每根锚索采用1支MSK2335、2支MSZ2360树脂锚固剂锚固，锚索外露长度为150～250 mm，预紧力不低于250 kN，图2为顶板锚索支护平面图。

图2 顶板锚索支护平面(mm)

2) 两帮支护：两帮围岩采用锚杆、锚索、菱形网、W钢带护板联合支护，锚杆采用规格为D22 mm×2 400 mm的左旋无纵筋螺纹钢锚杆，配套规格为150 mm×150 mm×10 mm的拱型高强度托盘和400 mm×280 mm×4 mm的W钢带护板，锚杆排距1 200 mm、间距950 mm，最上一根锚杆距顶板300 mm，最下一根锚杆距底板400 mm，每排布置5根，每根锚杆采用1支MSK2335、2支MSZ2360树脂锚固剂锚固，锚固力不小于150 kN，预紧力矩不小于400 N·m，锚索采用规格为D22 mm×5 400 mm的1×19股的高强度预应力钢绞线，锚索每帮每排2根，排距2 400 mm、间距2 200 mm，上部一根锚索距顶板800 mm，锚索下部一根锚索距底板≤1 700 mm，其余锚索参数参照顶板支护，煤柱侧采用10号铁丝编织的菱形网，网片规格为4 600 mm×1 350 mm，其余金属网参数参照顶板支护，图3为巷道帮部锚杆索支护平面图。

图3 巷道帮部锚杆索支护平面(mm)

2.2 超前注浆加固技术

超前1310工作面前方150 m以外，进行超前深浅孔注浆，见图4和图5。浅孔布置参数：孔深4.0 m，成排布置，每排4个钻孔，间排距1.1 m×2.0 m，第1排钻孔距顶板0.8 m，仰角10°，第2、第3和第4排钻孔仰角0°，孔径均为42 mm，注浆材料采用联邦加固1号(双液)注浆材料，水灰比0.8∶1～1∶1，注浆终止压力6～8 MPa；深孔布置参数：孔深10.0 m，成排布置，每排2个钻孔，间排距1.5 m×2.0 m，第1排钻孔距顶板1.5 m，仰角5°，第2排钻孔仰角0°，孔径均为42 mm，注浆材料采用联邦加固1号(单液)注浆材料，使用水灰比0.6～0.8∶1，注浆终止压力应不小于10 MPa。

图4 浅孔布置平面(m)

图5 深孔布置平面(mm)

3 巷道围岩控制效果分析

锚网索注联合支护技术应用于赵庄煤业13102巷，在邻近工作面及本工作面回采期间监测了巷道变形情况，图6为邻近工作面(1310工作面)期间巷道围岩变形情况。由图6可知，滞后工作面0～80 m范围内围岩快速变形，此时巷道顶板下沉量为48 mm，两帮巷道围岩变形量约54 mm，滞后工作面80～120 m范围内围岩变形相对较慢，巷道顶板下沉量增加至63 mm，两帮巷道围岩变形量增加至71 mm，滞后工作面120 m后，巷道围岩变形逐渐趋于稳定。图7为本工作面回采期间巷道围岩变形情况。由图7可知，超前工作面(1311工作面)100 m，巷道受采动影响，围岩出现缓慢变形，超前工作面60 m范围内，巷道受采动影响明显，巷道围岩变形速度加快，在1311工作面回采期间，巷道顶板最大下沉量约199 mm，两帮围岩最大变形量约220 mm，整体看，试验巷道围岩变形量和变形速度均处于允许范围内，服务期内巷道未发生大变形现象，表明了复用巷道锚网索注联合支护技术的合理性和优越性。

图6 邻近工作面回采期间围岩变形情况

4 结 语

煤矿中存在大量采动巷道，该类巷道受采掘扰动影响，巷道围岩破碎，易出现冒顶、片帮等事故，维护困难，为此，以赵庄煤业13102巷为工程背景，基于现场地质条件和邻近巷道支护技术参数，开发了复用巷道锚网索注联合支护技术，设计了锚网索支护技术和参数、超前注浆加固技术和参数，技术应用后，监测了巷道围岩变形情况，服务期内巷道未发生大变形现象，表明了锚网索注联合支护技术的合理性和优越性。

图7 本工作面回采期间巷道围岩变形情况