趙莊煤業13102巷圍巖補強支護技術研究與應用

張雪峰

(晉能控股集團 晉城煤炭事業部趙莊煤業， 山西 晉城 046600)

長期以來，煤炭一直是我國的主要消費能源，支撐著我國國民經濟的快速發展。受煤炭資源賦存特征影響，我國煤礦以地下開采為主，需要掘進大量的地下巷道，因此，巷道的穩定控制是保證煤礦安全高效生產的重要因素之一。錨桿(索)支護屬于主動支護，支護效果好，廣泛應用于我國大中小礦井[1-5]。根據礦井采掘規劃，趙莊煤業采用雙巷掘進，巷道之間留設寬度為50 m的煤柱，在煤柱下方布置了1條底抽巷進行瓦斯抽采。根據現場反饋結果，13092巷圍巖受鄰近底抽巷掘進影響(13092巷和13091巷之間煤柱下方)，幫部錨索預應力嚴重衰減，在工作面采動期間，巷道出現了嚴重變形。

趙莊煤業13102巷服務于1310和1311工作面，13101巷與13102巷留設寬度50 m的煤柱，兩巷掘進前，在煤柱下方布置了1條底抽巷進行瓦斯抽采，底抽巷與煤層間距15～16 m，與13102巷水平距離20 m，見圖1。13102巷掘進揭露4.75 m厚的煤層，頂底板以泥巖、砂質泥巖為主。為防止13102巷受工作面重復采動影響，巷道出現嚴重變形，在趙莊煤業13102巷進行必要的補強支護，從而實現巷道的穩定控制。

1 錨索補強設計影響因素

錨索補強設計需要考慮的因素有錨索選型、間排距設計、錨固力設計并達標、錨固力長效保持。

1) 錨索選型。主要是錨索長度，需要依據巷道變形規律和圍巖最大破壞深度，使錨索錨固段處于相對穩定的深度中，防止錨索脫錨與圍巖同步鼓出，起不到應有的作用。

2) 間排距設計。目前主要問題是支護密度不足，鄰近巷道(13092巷)經過補強的幫部，煤壁鼓出時，錨索位置鼓出量與錨索之間鼓出量明顯不同步，甚至使錨索剪切破壞。13102巷計劃采用對比試驗的方式，對比不同支護方案下的支護效果，為最終補強方案確定提供依據。

圖1 13102巷布置

3) 錨固力設計并達標。根據趙莊礦一盤區實際，幫錨索錨固力應不小于26 MPa，但由于受底抽巷瓦斯抽放鉆孔、煤質酥軟、構造區影響，有相當部分錨索達不到設計錨固力，集中在中排和下排。錨固力不足最終造成錨索與煤壁同時鼓出，并未起到有效支護作用，因此，必須使錨固力達標。在圍巖破壞深度增加以前，及早補強、超前注漿能夠一定程度上提高錨索錨固力，配合注漿加長錨固效果更佳。

4) 錨固力長效保持。即使初始錨固力能夠達標，隨著圍巖變形，破壞深度增大，裂隙增多，錨固力逐漸散失，并且越到工作面后方，破壞深度越大，影響越嚴重，最終可能造成錨固失效。因此，必須使巷道破壞深度達到最大時，錨索仍有較大錨固力。

2 13102巷錨索補強支護技術

2.1 頂板錨索補強設計

2.1.1 正常區域

頂板錨索原布置方式：大部分為全錨索，每排5根，排距1.2 m，錨索長度6.4 m。

錨索補強設計：補強錨索每排3根，均布置在原錨索空隙正中位置，五花布置。第一排錨索從靠近左幫開始，最左幫1根打在原錨索第1根和第2根正中，中間1根打在原錨索第2根和第3根正中，最右幫1根打在原錨索第4根和第5根正中。第二排錨索從靠近右幫開始，錨索長度8.4 m，見圖2。補強錨索均采用3支錨固劑，先放1支規格為MSK2335，后放2支規格為MSZ2360，鉆孔直徑30 mm，鉆孔深度8 050～8 150 mm，錨固長度為1 970 mm，預緊力不小于150 kN，錨索外露長度為鎖具以外150～250 mm，下同。

圖2 正常區域頂板補強錨索布置(mm)

2.1.2 特殊區域

橫川口前后20 m頂板暴露范圍大，應力集中，架棚區、破碎區、構造區頂板完整性差、強度低，是頂板下沉最嚴重區域，也是最大的安全隱患。如果支護強度不足，頂板將會發生較大下沉且逐漸惡化，甚至發生冒頂。錨索必須加密。必要時對出現破碎區域及時架棚并采用“一梁四柱”支撐方式。

錨索補強設計：補強錨索每排4根錨索，均布置在原錨索空隙正中位置，錨索長度8.4 m，見圖3。

2.2 幫部錨索補強設計

2.2.1 正常區域

1) 在原兩排錨索正中補打1排錨索，補打錨索每排3根，錨索型號SKP22-1/1720-8 400 mm。最上1根錨索距離頂板800 mm，仰角11°；第2根錨索距離上部錨索1 500 mm，仰角0°；第3根錨索距離第2根錨索1 500 mm。新補打的1排錨索之間使用1根鋼筋梯梁連接在一起。

2) 在原錨索兩根之間正中位置再補打1根錨索，錨索型號SKP22-1/1 720-8 400 mm，仰角0°，使最終形成“三三三三三”錨索布置形式。補強后錨索布置形式見圖4。

圖3 特殊區域頂板補強錨索布置(mm)

圖4 正常區域巷幫錨索補強布置(mm)

2.2.2 特殊區域

13102巷所有的橫川口前后20 m、架棚區、破碎區、構造區為特殊區域。此段頂板壓力作用明顯，根據13092巷觀測結果，預計是巷道變形最為嚴重的區域，計劃對幫錨索進行加密設計，見圖5。

1) 在原兩排錨索正中補打1排錨索，補打錨索每排4根，錨索型號SKP22-1/1 720-8 400 mm。最上1根錨索距離頂板800 mm，仰角11°；第2根錨索距離上部錨索1 100 mm，仰角0°；第3根錨索距離第2根錨索1 100 mm，仰角0°；第4根錨索距離第3根錨索1 100 mm，仰角0°。新補打的1排錨索之間使用1根鋼筋梯梁連接在一起。

2) 在原錨索兩根之間正中位置再補打1根錨索，錨索型號SKP22-1/1 720-8 400 mm，仰角0°，使最終形成“四三四三四”錨索布置形式。

3 圍巖控制效果分析

13102巷錨索補強支護技術應用于趙莊煤業13102巷，同時采用十字測試法，監測了巷道變形情況。圖6、圖7分別給出了1310工作面和1311工作面采動期間巷道變形情況。

圖5 特殊區域巷幫錨索補強設計(mm)

圖6 1310工作面采動期間巷道變形情況

受1310工作面采動影響，巷道頂板最大變形量約64 mm，兩幫最大變形量約72 mm，受1311工作面采動影響，巷道頂板最大變形量約200 mm，兩幫最大變形量約222 mm。整體來看，13102巷在服務期內，圍巖變形量和變形速度均較小，表明了13102巷錨索補強支護技術的合理性和優越性。

圖7 1311工作面采動期間巷道變形情況