喬 越

（山西宏廈第一建設(shè)有限責(zé)任公司 ，山西 陽泉 045008）

1 工程概況

新景礦80116工作面主要開采15#煤層，工作面標高488～513m，煤層均厚7.25m，平均傾角6°，直接頂為均厚0.93m的泥巖，直接底為均厚0.1m的砂質(zhì)泥巖。工作面東面為80114工作面采空區(qū)，南面和西面分別為待開采的80117和80118工作面，采掘工程平面圖如圖1所示。

圖1 80116工作面采掘工程平面圖

2 沿空巷道圍巖加固方案確定

2.1 錨注加固方案及材料選擇

新景礦80116工作面回風(fēng)巷采用矩形斷面，巷道寬為4.7m、高為3.0m，沿15#煤層底板掘進，區(qū)段煤柱留設(shè)寬度為15m。80116工作面回風(fēng)巷一側(cè)為實體煤，一側(cè)為采空區(qū)，巷道兩側(cè)圍巖受力不均勻，尤其在采空側(cè)懸臂結(jié)構(gòu)影響下，巷道圍巖破碎嚴重，塑性區(qū)向圍巖深部發(fā)育，針對此情況，在新景礦80116工作面回風(fēng)巷距離工作面切眼340～570m范圍對巷道圍巖進行錨注加固工程應(yīng)用。

圖2 中空注漿錨索巷道補強支護方案

中空注漿錨索巷道補強支護方案如圖2所示。頂板：垂直于頂板布置2根直徑為22mm、長度為7200mm的中空注漿錨索，錨索安裝位置為距離巷道兩幫300mm處，施工鉆孔深度為7000mm，錨索排距為700mm，預(yù)緊力不小于250kN。兩幫：煤柱幫布置直徑為22mm、長度為4800mm的中空注漿錨索，幫部錨索呈“二一二”三花布置，上部錨索距離巷道頂板800mm，垂直于巷幫布置，下部錨索距離巷道底板600mm，朝巷幫斜向下30°布置，施工鉆孔深度為4500mm，幫錨索排距為700mm，預(yù)緊力不小于250kN。巷道內(nèi)中空注漿錨索詳細參數(shù)見表1。

中空注漿錨索在錨索的基礎(chǔ)上，采用新型中空結(jié)構(gòu)、螺紋鎖緊方式，不打滑，實現(xiàn)小孔徑、大噸位，施工安全便利，可實現(xiàn)錨注一體、全長錨固、抗腐蝕、強度高、柔性好、錨固力強等功能，中空注漿錨索技術(shù)參數(shù)見表2，中空注漿錨索如圖3所示。本次工程試驗選擇φ22×7200mm和φ22×4800 mm兩種規(guī)格。

表2 中空注漿錨索技術(shù)參數(shù)

注漿材料選用注錨劑，為雙液混合材料，分為A、B兩種類型，雙液混合后粘度相對較低，能夠滲入到煤巖體裂隙內(nèi)，快速反應(yīng)后生成強度及韌性均較高的固結(jié)體，將原本松散破碎的圍巖膠結(jié)為一個整體，使其抗拉及抗剪強度得到提高，受力更加均。注漿時選用ZBQS-8.0/12.0型氣動注漿泵，該泵體積和重量較小，方便井下移動和使用，可實現(xiàn)無極調(diào)速，使用過程中安全可靠。對沿空巷道的錨注加強支護選擇在本工作面回采前進行，注漿壓力通常選取3～5MPa，若圍巖相對破碎，則選取較小的注漿壓力，若圍巖完整性較好，則選取較大的注漿壓力，通常注漿時間按30～50s選取，當(dāng)注漿管不再進液時停止注漿工作。

2.2 注漿材料及參數(shù)

本次中空錨索注漿加固采用的注漿材料為錨注劑，狀態(tài)為液態(tài)，成分為高分子改性樹脂，是由A、B兩種組分組成，主要應(yīng)用于井下破碎松散煤體、巖體裂隙等不良巖層注漿加固，凝固快可以很快解決煤巖層破碎、裂隙問題。注錨劑的主要技術(shù)參數(shù)見表3：

表3 注錨劑主要技術(shù)參數(shù)

中空注漿錨索可分為聯(lián)接段、灌漿段和錨固段三部分，由錨索索體、托盤、鎖具、止?jié){塞等部件構(gòu)成。錨索索體是大強度、螺旋式、大應(yīng)力的鋼絲緊密螺旋在一起的。頂部錨固段為實心，通過施工機具的攪拌作用，在孔底實現(xiàn)端部錨固，中部有柔性注漿管并設(shè)置出漿口，孔口處設(shè)置錐形止?jié){塞，其結(jié)構(gòu)形式如圖3所示。

圖3 錨索結(jié)構(gòu)形式

由中空注漿錨索注漿時應(yīng)保證煤巖體內(nèi)部裂隙被漿液所填滿，通過漿液的膠結(jié)作用將破碎的煤巖體整合為一個整體，從而將巷道圍巖穩(wěn)定性提高，當(dāng)孔內(nèi)注入的漿液開始溢出且無法繼續(xù)注入時，停止注漿工作，每個鉆孔內(nèi)注入的漿液量可由下式計算：

式中：Q為單孔注漿量，m3；A為漿液損耗系數(shù)，取1.3；L為注漿段長度，取4.8m；R為漿液在煤巖體內(nèi)的擴散半徑，取1.5m；β為煤巖體裂隙率，取0.1；λ為漿液的充填系數(shù)，取0.8。將相關(guān)數(shù)值帶入計算可得，單孔注漿量約為4.12m3。

3 礦壓觀測

通過礦壓觀測，對巷道錨注支護效果進行分析，并及時發(fā)現(xiàn)存在的問題或不足，以便對錨索支護參數(shù)進行優(yōu)化，對技術(shù)方案進行調(diào)整，真正發(fā)揮錨注支護的安全、經(jīng)濟優(yōu)越性。在巷道內(nèi)布置14個測站，其中兩個測站位于試驗區(qū)域前方，其余測站位于試驗區(qū)域內(nèi)，分別對它們進行監(jiān)測。初始測站距離工作面開切眼300m，測站間距20m，測站布置如圖4所示。每個測站內(nèi)對巷道圍巖位移量和頂板錨索受力情況進行觀測。

圖4 礦壓監(jiān)測測站布置

3.1 巷道表面位移

以錨注加固區(qū)域前測站1、錨注加固區(qū)初始段測站4、錨注加固區(qū)中間段測站8和測站9四個不同階段的測站作為研究對象，取每個測站內(nèi)兩個測面監(jiān)測的平均值作為最終值，80116工作面回風(fēng)巷回采期間各測站圍巖變形觀測曲線如圖5所示。

圖5 巷道圍巖變形觀測曲線

由圖5可知：

1）1#測站、4#測站、8#測站和9#測站，頂?shù)装逡平糠謩e為1125mm、1024mm、905mm和855mm，兩幫移近量分別為 1357mm、1194mm、1078mm和1050mm，錨注加固區(qū)內(nèi)巷道圍巖變形量明顯小于未加固段。

2）測站8～9平均頂?shù)装逡平?80mm，測站4頂?shù)装逡平?024mm，與錨注加固區(qū)外1#測站頂?shù)装逡平?125mm相比，分別減少了21.8%和9.0%；測站8～9平均兩幫移近量1064mm，測站4兩幫移近量1194mm，與錨注加固區(qū)外1#測站兩幫移近量1357mm相比，分別減少了21.6%和12.0%；可見錨注加固區(qū)中間段測站8～9受加固段外圍巖變形影響小，能夠真實反映出錨固支護效果，錨注加固區(qū)初始段測站4受加固段外圍巖變形影響較大，但仍能起到一定的加固作用。

3）圍巖變形觀測結(jié)果表明，對巷道采用中空注漿錨索錨注加強支護后，巷道圍巖強度得到增強，圍巖形變量得到減小，滿足了回采巷道生產(chǎn)要求。

3.2 巷道頂板錨索受力

以錨注加固區(qū)域前測站1、錨注加固區(qū)初始段測站4、錨注加固區(qū)中間段測站8和測站9四個不同階段的測站作為研究對象，根據(jù)各測站內(nèi)錨桿（索）測力儀所測數(shù)據(jù)，取每個測站內(nèi)兩個測點監(jiān)測的平均值作為最終值，各測站錨索受力變化曲線，如圖6所示。

圖6 錨索受力曲線

由圖6可知：

1）受采動影響初期，錨索受力平緩增加，有效控制了巷道圍巖初期的離層、滑動等擴容現(xiàn)象，增加的工作阻力能夠有效擴散到圍巖中，有利于保護錨固范圍內(nèi)圍巖的完整性；

2）錨注加固區(qū)域中間段測站8～9處所測錨索受力平均為325kN，錨注加固初始段測站4處所測錨索受力平均為295.3kN，與錨注加固區(qū)外1#測站錨索受力284.8kN相比，分別增大了12.3%和3.6%，可見錨注加固區(qū)中間段測站8～9受加固段外圍巖變形影響小，能夠真實反映出錨固支護效果，錨注加固區(qū)初始段測站4受加固段外圍巖變形影響較大，但仍能起到一定的加固作用。

3）當(dāng)錨索處于超前支撐應(yīng)力增高區(qū)時，錨索受力快速增加，受力越大說明錨固效果越好，錨索的作用發(fā)揮越充分。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，錨注支護范圍內(nèi)錨索所受載荷大于未錨注區(qū)域，說明錨注加固不僅能夠增強圍巖的完整性，而且能使錨索更有效錨固在巖體中，使其充分發(fā)揮懸吊等作用。

3.3 支護方案優(yōu)化

現(xiàn)場礦壓監(jiān)測結(jié)果表明，錨注加固段巷道平均頂?shù)装逡平?80mm，與非錨注加固段巷道平均頂?shù)装逡平?125mm相比減少了21.8%；錨注加固段巷道平均兩幫移近量1064mm，與非錨注加固段巷道平均兩幫移近量1357mm相比減少了21.6%；錨注加固段巷道錨索受力平均為325kN，與非錨注加固段巷道錨索受力284.8kN相比增大了12.3%，可見錨注加固后整體巷道圍巖變形量及錨索受力狀況得到了明顯改善，但現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，部分錨注加固區(qū)段煤柱及頂板變形仍然較大。

針對以上所存在的問題，分析發(fā)現(xiàn)進行錨注加固時，當(dāng)巷道圍巖已極為破碎，漿液在圍巖中的擴散半徑將受到顯著影響，需要減小注漿錨索間距，使相鄰注漿錨桿漿液擴散半徑能夠相互搭接以形成穩(wěn)固的承載整體。由此對原加固支護方案進行優(yōu)化設(shè)計，主要在頂板中間增加一根直徑為22mm、長度為7200mm的注漿錨索，以增強巷道支護強度。

4 結(jié)論

針對采空側(cè)巷道圍巖破碎問題，制定了中空注漿錨索加固方案，礦壓觀測結(jié)果表明，與未進行錨注加固時相比，錨注加固區(qū)內(nèi)頂板和底板的相對移近量減少了21.8%，兩幫相對移近量減少了21.6%，錨索受力增大了12.3%，錨注加固方案起到了顯著的效果，針對部分變形嚴重區(qū)域，制定了補強加固措施，有效維護了沿空巷道圍巖的穩(wěn)定。