陕西某矿大倾角煤层动压巷道注浆加固技术研究与应用

王飞

（四川省煤炭设计研究院 四川 成都 610073）

0 引言

陕西某矿煤层巷道均采用锚网索+钢带支护形式，而大倾角煤层动压巷道支护困难，针对大倾角煤层动压巷道进行了多次支护工艺改革，但部分巷道受采动影响变形依然难以控制，严重制约了矿井的安全生产。巷道的变形及失稳情况与许多因素有关，因此针对大倾角煤层动压巷道支护问题进行支护研究具有很大的意义和实用价值。随着理论研究方面发展的深入和成熟，对于复杂地质条件下的巷道的支护技术也都有相当大的发展，提出了许多控制措施，在现场应用的效果都相当良好[1-4]。这方面的控制技术主要有下几种：①锚杆支护技术；②架棚支护技术；③注浆加固技术；④联合支护技术。目前，煤层围岩注浆与锚索注浆支护技术是针对复杂困难条件下的巷道支护新技术，注浆后由支护材料由端锚转变为全锚，同时注浆材料的扩散对围岩进行加固，可提高围岩的整体性和承载能力，针对动压巷道围岩控制难题，采用高强锚注支护技术提高巷道围岩稳定性和自承性能，通过对大倾角煤层巷道围岩控制技术研究，促进高强全锚与锚注支护技术的成熟与完善，对整个矿区大倾角煤层动压巷道支护具有重要的意义。

1 工程概况

陕西某矿目前生产采区为2个采区，即：306采区、307采区；工作面接替采区主要为305采区、307采区；矿井主要巷道、开拓巷道、永久硐室均布置在岩层中，符合规程规范和设计要求。目前矿井只回采1层可采煤层，不存在多煤层之间开采顺序；该煤层采用水平分段放顶煤开采，先采上分层后采下分层，煤层开采顺序符合要求。回采工作面以匀速推进，其中306采区东翼+603 m回采工作面和307采区东翼+650 m回采工作面推进速度均为0.8 m；307采区西翼+710 m回采工作面推进速度均为1.6 m。

305采区东翼+690 m运输和回风顺槽掘进工作面日推进度为8.4 m；307采区东翼+637回风顺槽掘进工作面、西翼+695 m运输和回风掘进工作面日推进度为4.2 m，307采区东翼+637运输顺槽掘进工作面日推进度为2.1 m。

307采区+695 m工作面为303采区西翼第二分层工作面，本工作面西部为205采区边界；东部+710 m回采工作面采空区；上部为307采区西翼3713回采工作面，下部为307采区西翼3687掘进工作面尚未布置。该面北以设计的+695 m回风顺槽为界，南以设计的+695 m回风顺槽为界，东以设计的+695 m工作面停采线为界，西以+695 m工作面切眼为界。+695 m工作面开采M1煤层，煤层呈粉末状、部分呈块状、主要为亮煤、暗淡煤次之。该面煤层结构简单，煤层较稳定，煤层厚32 m～100 m。该面为单斜构造，煤层倾向为50°~70°，煤层倾角从外向里较大，最大为70°，外部停采线处倾角较小，为50°，平均倾角为55°。煤层顶底板岩性见表1。

表1 煤层顶底板岩性

2 巷道原支护情况

大倾角煤层掘进与开采所造成的围岩变形破坏较一般条件下的煤层不同，其围岩结构也具有特殊特征。动压巷道支护困难，采用合理的支护技术以及配套的支护产品，可以提高该类巷道的支护水平与安全生产效率。

307采区西翼+695 m回风顺槽为矩形巷道，断面尺寸为宽3.5 m，高2.6 m，巷道支护方式采用锚杆、W钢带、菱形网、盘条网、锚索配合托梁联合支护。顶板采用5根锚杆、菱形网、盘条网、W钢带、锚索进行联合支护；两帮各采用4根锚杆、W钢带、菱形网、锚索进行联合支护。具体支护参数为：顶板锚索规格为ϕ17.8×7 000 mm，间距为1 200 mm，排距为1 600 mm；顶板锚杆规格为ϕ20×2 200 mm，间距为700 mm，排距为800 mm。帮部锚索规格为ϕ15.24×4300 mm，间距为1 400 mm，排距为1 600 mm；帮锚杆规格为ϕ20 mm×2 200 mm，间距为700 mm，排距为800 mm。

由于受上部采动影响，巷道压力大，变形严重，巷道顶板下沉量达到650 mm，底鼓量达到400 mm，两帮移近量达到800 mm。为保证行人通风、运输安全需对变形巷道进行挑顶、扩帮、清底，并进行锚网支护，由于该段巷道围岩松动，维修时极易发生冒顶，加之煤层松软，锚索、锚杆无法施工或拉拔力达不到设计要求，急需对巷道进行支护优化。

3 注浆加固设计

3.1 注浆加固总体方案

巷道维修工程中，若锚杆、锚索预紧力达不到设计要求或因煤层松软时锚杆、锚索无法安装，采用注浆加固工作，若维修至巷道冒顶区域时，将在钢架架设、护顶工作结束后，采用顶板注浆工作。顶板下沉段进行深部锚注加固，顶板打设ϕ17.8 mm×7 000 mm锚索。顶部锚索采用梅花“三二三”布置，锚索布置示意图如图1(a)-(b)所示。每1.6 m布置一排，孔深6 700 mm。若锚索拉拔力达不到要求时采用注浆工作，浆孔布置排距为1.6 m，每个注浆段均按此设计，开孔孔径ϕ25 mm。对于严重变形破碎区域另补打注浆孔注浆。帮锚索注浆，每1.6 m布置4个孔，孔深4 m，孔径ϕ25 mm。回风顺槽与第一联巷开口处为冒落区，现有支护为锚网+钢架支护。此段采用注浆加固。冒落区布置2排注浆孔，每排3根。

图1 顶锚索梅花“三二三”布置示意图

3.2 施工钻孔

打孔前，打孔要按照施工设计中图纸中的开孔位置进行钻孔标注，不得随意更改设计位置及开孔角度；打孔前要先敲帮问顶，仔细检查顶帮围岩情况，找掉活矸、危岩，确认安全后，方可开始打孔。顶板下沉段钻孔开孔孔径ϕ25 mm，孔深6.7 m，钻孔位置要准确，钻孔深度应与注浆管长度相符。钻孔打好后，应将眼内的岩渣、积水清理干净。注浆孔位置示意图见图2。

图2 注浆孔位置示意图

3.3 安装注浆铜管

利用锚索与孔壁之间间隙下入注浆用铜管，若铜管不好下入，也可在下入锚索前在预定好的位置将注浆铜管与锚索捆绑好，与锚索一块下入，一起搅拌，或者先下入铜管，再下锚索，铜管安装完成后，孔外预留不得少于托盘的半径，利于以后注浆施工，在上钢带及托盘前，将铜管至于顶板低洼或缝隙处，若顶板平整要人工开槽，在张拉时确保钢带及托盘不挤压注浆管，预紧至设计拉力时停止张拉。

3.4 注浆参数

向岩体中压注注浆材料的参数有：钻孔深度、孔的倾角、空间距、孔口密封深度、注浆压力、注浆速度、每孔注浆材料消耗量、注浆量。工作面破碎围岩注浆加固除上述几个参数，还有注浆时间、注浆孔深度等需要特殊考虑的参数，它们与工作面围岩的稳定性有关。根据工作面围岩注浆加固的特殊规律，注浆与工作面回采推进时机要相互配合。注浆参数值取决于工作面围岩岩层的物理力学性质、岩层裂隙度，破碎岩层厚度以及所采用的顶板维护方法和回采工作面推进速度。

4 实施效果

4.1 现场监测

采用十字点法对回风顺槽进行围岩位移进行观测，选取巷道长度20 m和100 m位置处监测巷道顶底板和两帮的变形，回风顺槽围岩变形量如图3所示。

图3 回风顺槽围岩变形量

经巷道变形监测，回风顺槽顶底板移近量最大为317 mm，两帮移近量最大为125 mm，有效的控制了围岩变形，提高了支护效能。通过巷道优化前后对比，顶板锚索注浆加固后，实现锚索全长锚固，锚索内在质量和锚固力大大提高，保证了巷道满足掘进和回采安全要求。

4.2 经济效益

此项技术在矿推广，可避免15%锚索材料费的浪费，每米巷道需要施工3.125根锚索，x矿年煤巷进尺7 969 m，每根锚索按270元计算，可减少锚索浪费97.4万元。同时避免巷道维修，按25%巷道维修量计算，每米巷道维修成本2 800元计算，需维修费用557.83万元，扣除注浆费用230万元计算，可创经济效益445.23万元，具有较好的推广价值。

5 结语

本文以陕西某矿307采区+697 m回风顺槽受采动影响变形巷道为试验现场，采用“先注后修”的原则，进行预应力加固支护技术，同时对施工锚索进行高压注浆形成全长锚固，有利于降低工作面回采超前应力影响程度，减小巷道维护难度，满足巷道服务期间矿井安全高效生产需要，提高矿山经济效益。