29204 工作面錨注一體化支護替代超前單體支護的應用

張文偉

（山西焦煤（集團）有限責任公司東曲煤礦， 山西 太原 030000）

0 引言

煤礦進行地下開采的過程中，巷道的支護是保證煤礦安全的重要因素，由于煤礦地質條件的復雜變化，對煤礦的支護造成了一定的限制，影響了煤礦的安全高效開采。在煤礦長期的開采過程中，存在著巷道的變形大、支護困難及翻修率高的問題[1]，造成了較高的支護成本。在29204 工作面近距離煤層開采中，軌道順槽采用架棚支護，工作面回采期間，軌道順槽距切眼30 m 范圍內，超前支護采用“單體+π 梁”支護方式[2]，這種支護方式的作業時間長、勞動強度高、支護成本高、支護后超前范圍內作業空間狹小，影響正常的通風、運輸和行人，降低了煤礦的開采效率[3]。針對這一問題，采用注漿錨索的方式替代原有“單體+π梁”支護方式，從而提高巷道的支護強度，降低勞動作業強度，保證煤礦的高效開采。

1 29204 工作面超前單體支護概況

29204 工作面位于+860 m水平二采區9 號煤層，8 號煤與9 號煤層間距2.7～6.6 m，平均4.38 m，屬近距離煤層開采。29204 工作面位于28204 工作面正下方，工作面煤層厚1.9～2.8 m，平均2.47 m，工作面直接頂為砂質泥巖[4]，巖性特征灰褐色，含植物碎片及白云母片，中間夾有一層薄煤線。在巷道掘進過程中超前支護采用“單體+π 梁”支護方式，其中距切眼10 m 范圍內，采用一梁三柱，距切眼10～30 m 范圍內采用一梁兩柱[5]，如圖1 所示。

圖1 軌道順槽超前支護方式（單位：mm）

在進行煤礦開采過程中，29204 工作面的巷道圍巖變形大，巷道頂板的下沉量較大，在進行監測期間，兩幫在60 d 內的移近量達到1.6 m，且持續發生流變，需對巷道支護進行多次維修才能保證使用[6]，造成支護的成本較高且具有嚴重的安全隱患。采用“單體+π 梁”的支護方式，受到構造應力的影響，使得錨固劑與煤巖間的錨固力不足[7]，難以滿足錨桿的拉拔需求。

由于29204 工作面巷道的傾角較大，使得頂板及下幫存在應力集中的現象，造成錨桿及錨索的破斷率較高，平均破斷率達到28%以上，影響了錨桿的有效支護。29204 工作面采用復合頂板的形式，且煤層較為酥軟[8]，容易出現吸水軟化，使得巷道圍巖的強度較低，巷道兩幫的變形使得梯子梁的變形加劇，降低了整體的支護強度。

針對29204 工作面超前支護存在的問題，除采用加長的錨桿、錨索增加支護深度之外，采用打設注漿錨索，提高巷道主動支護強度[9]，替代原有“單體+π梁”的支護方式。注漿作為巷道進行主動支護的方式，具有密閉堵水、提高圍巖強度及改善圍巖變形的作用，同時，通過注漿可以改變支護結構的整體受力狀態[10]，并改善巷道破碎圍巖的整體性能，提高自身的承載能力，能夠較好的解決巷道掘進的安全及長期使用的問題。同時，采用注漿錨注一體的支護方式可以減少工作面的勞動強度，改善作業環境。

2 29204 工作面錨注一體化支護方案及效果

2.1 錨注一體化支護的理論研究

對29204 工作面進行錨注一體化支護，其支護力分布如圖2 所示，對巷道周邊的淺層圍巖進行注漿作業，將巷道周邊的圍巖進行封閉處理，從而提高了兩幫破碎間隙的圍巖強度，使得巷道周邊形成了較強的連續應力作用帶，能夠抵抗圍巖的變形作用，從而形成自身完整的承載結構。采用注漿作業的方式，可以對底板水進行有效的隔絕，從而消除了底板水對巷道的作用，保證了圍巖內部的穩定[11]。對巷道深部進行注漿作業，與錨索形成一體化的支護方式，提高了錨索的拉拔力，且形成圍巖的自承載結構，對巷道深部的巖層起到加固的作用，從而可消除地應力及變形作用的傳播，提高巷道的穩定性。

圖2 錨注一體化支護力學模型示意圖

2.2 29204 工作面錨注一體化支護施工方案

29204 工作面采用錨注一體化支護方案，具體方案為：在巷道內層570～650 m，層間距4.5～5.5 m 位置，在頂板原棚梁中間打設4.3 m 注漿錨索，注漿錨索采用SKZ22-1/1860 中空錨索，間排距1 600 mm×1 000 mm；巷道內層3.5～4.5 m，在頂板原棚梁中間打設3.5 m 注漿錨索，注漿錨索采用SKZ22-1/1860 中空錨索，間排距1 600 mm×1 000 mm，如圖3 所示。在支護過程中選用1 卷MSCKb2360 型和1 卷MSK2380 型樹脂錨固劑采用端頭錨固的方式進行錨固，安裝時先放置MSCKb2360 型，再放置MSK2380型，錨固力不低于200 kN[12]。錨索配件采用250 mm×250 mm×17 mm 高強度托板及配套專用鎖具，承載能力不低于350 kN。

圖3 錨注一體化支護方式

作業過程中距工作面40 m 處對錨索進行注漿，選用ZHM-Ⅲ固安豐注漿加固材料，注漿壓力3～4MPa，注漿時間保持7～8 min，注漿量約6 kg/根，每次注漿20 m。注漿過程中若出現頂板破碎的問題，需提前對頂板進行噴漿封閉。

進行錨注一體化支護過程中，為防止巷道的變形，需對礦壓進行實時的監測。進行支護過程中，在棚梁底下支設信號柱，數據實時上傳至地面。550～570 m范圍內1 m 一根信號柱，570～650 m 范圍內2 m 一根信號柱，信號柱上安裝壓力監測設備，用于監測頂板壓力顯現情況；試驗段內每隔12.5 m 補設一個頂板離層儀和一個錨索張拉力傳感器，用于監測頂板離層情況和錨索受力情況；試驗段內每25 m 設一個圍巖變形測站，安裝激光測距監測設備，用于監測頂底板和兩幫移近量；加強開采期間的工作面上覆煤巖體結構和采場壓力觀測，現場備齊被動加強支護材料，發現頂板下沉或破碎等情況時立即進行加強支護，確?；夭善陂g的安全；加強試驗段幫部變形的觀測，幫部出現應力集中及變形時，對幫部進行錨注加強支護。

2.3 29204 工作面錨注一體化支護效果

采用錨注一體化支護替代超前單體支護，采用“單體+π 梁”支護（排距1 m）時，超前支護30 m（10 m范圍內采用一梁三柱，20 m 采用一梁兩柱），共需投入單體70 根，π 梁30 根；采用打設注漿錨索的方式，在支護段570～619 m（49 m）打設一梁兩柱（排距1 m），620～654 m（34 m）一梁兩柱（排距2 m），從里程655 m 開始每米中間打設一根帶帽點柱進行支護，超前支護20 m，共投入單體支柱20 根。由此可知，采用錨注一體化支護替代超前單體支護，可減少單體投入50 根、π 梁30 根，單班減少4 個工人。同時，29204軌道順槽在回采期間，超前支護采用錨注+帶帽點柱支護方法，巷道整體變形量小，頂底板最大移近量0.1 m，錨索最大應力為356 kN。采用注漿錨索對工作面回采巷道超前支護段注漿加固后，巷道頂板巖層穩定性及承載能力均得以改善，可提升巷道原有支護圍巖控制能力。

3 結論

1）29204 工作面采用“單體+π 梁”支護方式，巷道所處的地質條件復雜，巷道頂板的下沉量較大，且巷道的傾角較大，錨索破斷率達到28%以上，影響了錨桿的有效支護，圍巖出現較大的變形。

2）采用注漿錨索的方式可以封閉巷道淺部的碎巖，與錨桿一體提高圍巖的強度，且對深部的圍巖與錨桿形成主動支護體系，提高巷道圍巖的穩定性。

3）29204 工作面采用錨注一體化支護替代超前單體支護，可減少單體投入50 根、π 梁30 根，單班減少4 個工人，降低了勞動強度，且提高了巷道圍巖的穩定性及承載能力，具有較好的支護效果。