特厚煤层顺槽巷道过断层群锚注支护技术

赵恩祺

（晋能控股煤业集团安全生产指挥中心总调度室，山西 大同 037003）

巷道是井工煤矿开采的通道，保证巷道安全使用，是维护矿井正常运行的关键。地质构造[1-2]是影响煤矿安全生产的重要因素，解决构造区巷道安全支护难题对矿井实现安全高效开采具有重要意义。

1 工程概况

金庄煤矿8404 工作面为北四盘区的首采工作面，开采3-5#煤层，煤层间距小，平均0.8 m，局部区域合并，夹层主要为泥岩、炭质泥岩及高岭质泥岩。煤层伪顶为炭质泥岩和泥岩，平均厚0.21 m；直接顶为细砂岩和泥岩，平均厚3.81 m；基本顶为粗砂岩和中砂岩，平均厚8.34 m。8404 工作面一进一回布置，2404 皮带顺槽沿3-5#煤层底板掘进，掘进宽5.5 m，高3.6 m，掘进断面积为19.8 m2。巷道长度为4175 m，巷道埋深约300 m。根据探测资料显示，2404 巷道掘进至680 m 前方，存在密集断层群，巷道顶板极其破碎，巷道掘进速度缓慢，围岩控制难度大。

2404 巷道设计采用锚网支护，锚索补强。顶帮均采用Φ22 mm×2400 mm 左旋无纵筋螺纹钢锚杆，间排距均为800 mm×900 mm，预紧力矩均不低于200 Nm，锚固力均不小于90 kN。顶板锚索规格为Φ17.8 mm×8300 mm 预应力钢绞线，间排距为1800 mm×1800 mm，二二布置。在两侧顶角布置角锚索，锚索规格Φ17.8 mm×4500 mm，间排距为5400 mm×1800 mm，二二布置。锚索托盘均采用1000 mm 长11#矿用工字钢。

2 顶板破碎区围岩锚注控制方案

2.1 超前锚注加固

物理探测和巷道揭露情况均显示巷道迎头前方顶板破碎严重，为保证巷道掘进安全，需对巷道迎头前方顶板破碎煤岩体进行超前加固。由于顶板破碎，掘进机割煤后上方破碎顶板无法保持完整，顶板稳定性极差，故采用锚注一体[3-5]注浆加固的方法，控制巷道迎头前方破碎顶板。超前锚注方案为：在巷道迎头前方顶角布置中空注浆锚杆，中空注浆锚杆直径25 mm，长6000 mm。根据现场情况，每排5 根，间距1000 mm，排距为1500 mm。中空注浆锚杆向迎头前方倾斜，与垂直方向呈15°夹角，如图1。之后采用加固型注锚剂进行注浆，超前注浆加固可改变巷道围岩的力学性质，渗透到岩体中的浆脉起到网络骨架、粘结补强的作用。

图1 迎头超前锚注加固示意图（mm）

2.2 锚注一体注浆加固

超前锚注加固结束后，进行掘进机组割煤，采用半边掘锚的方式，即巷道只掘进半边就进行锚索锚杆的支护，待半边支护完成后，再进行另半边掘进和支护。掘进后巷道正常支护采用中空注浆锚索配合中空注浆锚杆进行。先施工中空注浆锚索，直径22 mm，长11 800 mm，间排距为1000 mm×800 mm，每排布置5 根；之后施工中空注浆锚杆，其布置于两排中空注浆锚索之间，直径25 mm，长3100 mm，间排距为800 mm×800 mm，每排布置7根。巷道顶板支护示意图如图2。

图2 巷道顶板支护示意图（mm）

中空注浆锚索和中空注浆锚杆施工结束后，进行注浆施工。先对中空注浆锚杆进行注浆，通过注浆在巷道围岩形成2～3 m 厚的整体岩层加固拱，起到浅部承载的作用，同时可防止锚索注浆时漏浆。之后进行中空注浆锚索注浆，通过注浆可使中空注浆锚索由端锚变为全长锚固，从而提高锚杆索支护系统的刚度和抗剪切能力，且注浆浆液向破碎煤岩体扩散，形成深部加固拱。深、浅部注浆加固拱共同作用，可对深部破裂围岩提供高应力的径向约束，使破裂岩体发挥应力强化特性，从而提高支护结构的整体承载能力，以适应构造破碎区巷道的支护要求。注浆加固不仅可以提高围岩完整性，同时能够包裹锚杆索，防止锚杆索腐蚀，提高使用寿命。

2.3 滞后架棚注浆支护

巷道掘进过后，观测巷道围岩变形，围岩变形较大及注浆时漏浆较大的区域，需进行架棚支护，采用U 型钢进行架棚，排距为800 mm。架棚支护与主动锚注支护共同作用，实现主、被动综合支护。对架棚段围岩进行喷浆封闭，并打设注浆加固钻孔，再次对巷道破碎围岩进行注浆充填加固。通过超前锚注支护、锚注支护、架棚支护和二次注浆改性围岩等多位一体的方法，对构造破碎带围岩进行维护，达到强帮固顶的目的，最终实现破碎围岩稳定，保证巷道安全使用。

2.4 锚索锚注施工工艺

（1）锚索安装。中空注浆锚索安装时，先放入锚固剂，用中空注浆锚索将锚固剂推入，之后采用锚杆钻机搅拌锚固锚索；然后在锚索孔口安装止浆塞，并用棉纱缠紧；最后安装托盘锚固进行涨拉。

（2）锚索注浆。锚索注浆时，先卸下锚索尾部的丝堵，将注浆头与锚索尾部连接，检查注浆管路连接无误，方可开启注浆泵。注浆速度不宜过快，应缓慢注浆。注浆泵压力大，注不进浆液时则停止注浆，先关闭注浆泵，再关闭锚索尾部的截止阀，卸压后拆卸管路开始下一个锚索注浆。注浆过程中，当发现局部顶帮漏浆时，及时停止注浆，通过人工和间歇注浆的方式进行封堵。

3 效果分析

2404 皮带顺槽受断层群影响范围约150 m，采用超前锚注加固、锚注支护、架棚支护和二次注浆改性围岩等方法后，巷道围岩变形整体可控。巷道掘进后前期围岩变形较大，且速率较快，及时进行锚注一体支护后，围岩整体性较好，围岩变形速率明显降低；部分区域通过架棚和二次注浆改性围岩后，巷道围岩稳定性明显提高，后期未出现大变形现象。通过围岩变形观测，正常区域围岩稳定后，顶板下沉量最大为92 mm；架棚区围岩前期变形较大，超过120 mm，架棚并注浆后，围岩变形明显变缓，未出现后期有害大变形，最大变形量为276 mm。

4 结语

（1）锚注一体化支护可使注浆体、锚杆索和围岩形成一个整体，浆液在破碎围岩中扩散形成网络状骨架，同时浆液与锚杆索一起在破碎围岩中形成高强混凝土结构，在垂直方向对破碎围岩起到支撑作用，三者共同作用达到控制围岩稳定的目的。

（2）现场实践表明，超前锚注加固、锚注支护、架棚支护和二次注浆改性围岩相结合的多位一体的构造破碎带围岩支护技术，可有效控制巷道围岩变形，保证巷道安全使用。