趙莊煤業(yè)破碎巷幫錨索錨固力提高技術(shù)研究

劉許亭

（晉城煤業(yè)集團(tuán)趙莊煤業(yè)，山西 晉城 048000）

巷道圍巖變形破壞問(wèn)題在井工煤礦開(kāi)采中普遍存在，原因復(fù)雜多樣，而一次支護(hù)質(zhì)量對(duì)于巷道圍巖穩(wěn)定性具有關(guān)鍵意義[1-2]。新掘進(jìn)巷道圍巖相對(duì)完整，為實(shí)施錨索支護(hù)的最佳時(shí)機(jī)，后期圍巖出現(xiàn)變形破壞后，施工錨索會(huì)出現(xiàn)成孔困難、錨固力大幅衰減、受力狀態(tài)改變等[3]。山西晉城地區(qū)主采3#煤層，多采用底抽巷預(yù)抽掩護(hù)回采巷道掘進(jìn)，且抽放鉆孔不進(jìn)行回填處理，導(dǎo)致將來(lái)回采巷道掘進(jìn)時(shí)巷幫遺留大量的空洞，一次支護(hù)十分困難[4]。以晉煤集團(tuán)趙莊煤業(yè)1310工作面13102回采巷道為研究對(duì)象，以期提高錨索錨固力和一次支護(hù)效果。

1 工程背景

趙莊煤業(yè)一盤區(qū)開(kāi)采3#煤層，1310工作面走向長(zhǎng)度2860m，傾向長(zhǎng)度220m，煤層厚度4.5m，采用一次采全高后退式采煤方法，布置13103巷、13101巷、13102巷3條順槽，13102巷為下一1310工作面復(fù)用。13102巷與13101巷之間保護(hù)煤柱寬度55m，在保護(hù)煤柱下方提前掘進(jìn)一條底抽巷，向13101巷和13102巷布置抽放鉆孔進(jìn)行預(yù)抽，掩護(hù)兩條巷道掘進(jìn)。如圖1、圖2所示。

圖1 工作面巷道位置關(guān)系圖

由于底抽巷瓦斯抽放鉆孔密度大，平均間距1.5m，且采用水力沖孔，在13101巷南幫和13102巷北幫形成大量的空洞、破碎區(qū)，且趙莊煤業(yè)煤體酥軟，掘進(jìn)時(shí)采用5.4m長(zhǎng)錨索，發(fā)現(xiàn)錨固困難，錨固力不足10MPa，嚴(yán)重影響一次支護(hù)質(zhì)量。13101巷和13102巷后期將受強(qiáng)烈采動(dòng)影響，尤其是13102巷將受兩次采動(dòng)影響，一次支護(hù)效果差，將會(huì)嚴(yán)重影響安全使用。

圖2 底抽巷瓦斯抽放鉆孔布置示意圖

試驗(yàn)巷道為13102巷，寬5m，高4.5m，錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)。頂板全錨索支護(hù)，錨索長(zhǎng)8.4m，排距1200mm，每排5根，間距1150mm。幫部錨桿加錨索支護(hù)，錨桿長(zhǎng)2.4m，排距1200mm，每排5根，間距950mm，錨索初始設(shè)計(jì)長(zhǎng)度5.4m，排距1200mm，每排3根，間距1500mm。如圖3所示。

圖3 13102巷支護(hù)設(shè)計(jì)示意圖

2 前期試驗(yàn)工作及解決思路

2.1 前期試驗(yàn)工作

前期采取了樹(shù)脂加長(zhǎng)錨固、加長(zhǎng)錨索、孔口擴(kuò)孔注漿加長(zhǎng)錨固3種方法進(jìn)行試驗(yàn)。

（1）樹(shù)脂加長(zhǎng)錨固。采用SKP22-1/1720-5400錨索，孔徑Ф28mm，正常采用一支規(guī)格為MSK2335，一支規(guī)格為MSZ2360，現(xiàn)加長(zhǎng)采用2～3支MSZ2360。共試驗(yàn)5根錨索，數(shù)據(jù)較為離散，平均錨固力12MPa，錨固力增長(zhǎng)十分有限。

（2）加長(zhǎng)錨索。采用5.4m、7.4m、8.4m、9.4m、10.4m共6種型號(hào)錨索，每種長(zhǎng)度試驗(yàn)5根，發(fā)現(xiàn)8.4m錨索顯著大于5.4m、7.4m錨索，但與9.4m、10.4m錨索差別不大，表明8.4m錨索較為合適。數(shù)據(jù)較為離散，平均錨固力15MPa，雖然比原5.4m錨索有明顯提升，但仍不能滿足“錨固力不低于25MPa”的要求。

（3）孔口擴(kuò)孔注漿加長(zhǎng)錨固。采用8.4m錨索，孔口采用Ф50mm鉆頭擴(kuò)孔，利用擴(kuò)孔段插管注漿，擴(kuò)孔深度即為注漿加長(zhǎng)錨固長(zhǎng)度，如圖4所示。試驗(yàn)孔口擴(kuò)孔1m、2m、4m共3個(gè)長(zhǎng)度，每種長(zhǎng)度試驗(yàn)5根，發(fā)現(xiàn)隨著注漿錨固長(zhǎng)度增大，錨固力顯著提高，當(dāng)注漿錨固長(zhǎng)度達(dá)到4m時(shí)，部分錨索錨固力甚至達(dá)到30MPa。但數(shù)據(jù)較為離散，分別為 12MPa、15MPa、26MPa、25MPa、31MPa。

圖4 8.4m錨索孔口擴(kuò)孔注漿加長(zhǎng)錨固示意圖

2.2 解決思路

上述試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，采用擴(kuò)孔法注漿能夠有效提高錨索錨固力，但都存在數(shù)據(jù)離散的問(wèn)題。分析認(rèn)為：

（1）漿圈厚度及摩擦力。錨索正常孔徑Ф28mm，錨索直徑Ф17.2mm，不論采用樹(shù)脂錨固劑或者注漿材料，錨索與孔壁之間漿圈厚度約5～6mm，且煤體自身強(qiáng)度極低，在進(jìn)行拉拔時(shí)，難以提供足夠摩擦力，極容易拉脫。擴(kuò)孔方式增大了漿圈厚度，提高了與煤壁之間摩擦力，提高了錨固效果。

（2）巷幫內(nèi)部空洞隨機(jī)分布。瓦斯抽放孔形成的空洞集中在煤幫中部和下部，平均間距1.5m。在施工試驗(yàn)錨索時(shí)，錨索隨機(jī)打設(shè)，部分錨索受空洞影響極大，部分錨索不受影響，造成同種試驗(yàn)方式數(shù)據(jù)離散。必須首先對(duì)巷幫進(jìn)行整體注漿。

因此，整體注漿提高巷幫內(nèi)部完整性、擴(kuò)孔加長(zhǎng)錨固，是提高軟煤錨索錨固力的有效方式。

但擴(kuò)孔后樹(shù)脂藥卷直徑與孔徑不匹配，難以攪拌，不能采用樹(shù)脂藥卷加長(zhǎng)錨固，需要改為注漿方式，注漿材料可以選用粘接性能優(yōu)異的馬麗散化學(xué)漿。同時(shí)，在孔口擴(kuò)孔注漿錨固，會(huì)導(dǎo)致錨索有效張拉范圍很小，采用孔底注漿加長(zhǎng)錨固方式較為合理。

3 錨固力提高綜合方案

3.1 注漿加固

每排4個(gè)鉆孔，矩形布置。第1鉆孔距離頂板0.5m，仰角5°；第2個(gè)鉆孔距離第1個(gè)鉆孔1.1m，仰角0°；第3個(gè)鉆孔距離第2個(gè)鉆孔1.1m，仰角0°；第4個(gè)鉆孔距離第3個(gè)鉆孔1.1m，仰角0°；孔深均為8m，孔徑均為42mm，鉆孔排距2m。鉆孔布置如圖5所示。

圖5 注漿布置平面圖

注漿材料采用雙液注漿材料，約3min失去流動(dòng)性，10～15min完全固化，可有效解決漏漿問(wèn)題。2h強(qiáng)度10MPa以上，1d強(qiáng)度15MPa以上，可以實(shí)現(xiàn)注漿1個(gè)班后立即施工錨索。

注漿設(shè)備采用2ZBQ40/11氣動(dòng)注漿泵和QB200型攪拌桶。

3.2 全長(zhǎng)擴(kuò)孔孔底加長(zhǎng)錨固

（1）鉆孔施工。鉆孔施工深度8.15m，整孔采用Ф50mm鉆頭替換原來(lái)的Ф28mm鉆頭。

（2）錨索安裝。將8.4m錨索與1根鋁塑管捆扎，在錨索上距離尾端4m位置纏繞棉紗，棉紗長(zhǎng)度不小于200mm，整體送入孔內(nèi)，棉紗用于阻隔漿液流出。如圖6所示。

圖6 全長(zhǎng)擴(kuò)孔孔底加長(zhǎng)錨固示意圖

（3）每個(gè)班集中安裝錨索，最后集中注漿。注漿材料采用馬麗散化學(xué)漿，通過(guò)鋁塑管進(jìn)行注漿，上壓后即可停止。

（4）1d后，安裝托盤鎖具，張拉預(yù)緊，測(cè)試錨固力。

4 效果考察

（1）錨索安裝滯后于注漿進(jìn)行，每天2班安裝錨索，半班注漿，半班張拉，每天約施工60根錨索。

（2）隨機(jī)選取10根錨索進(jìn)行拉拔試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)分別為：29MPa、28MPa、28MPa、32MPa、34MPa、29MPa、28MPa、29MPa、31MPa、33MPa。可以看出，10根試驗(yàn)錨索錨固力均達(dá)到要求，數(shù)據(jù)在28～34MPa之間，較為集中。說(shuō)明注漿后巷幫內(nèi)部比較完整、均質(zhì)，錨索錨固力顯著提高。

（3）13102巷為復(fù)用巷道，經(jīng)歷兩次采動(dòng)影響，以往巷幫錨索支護(hù)較差，兩幫變形量在1200～2000mm，頂板下沉量500～1000mm，需要擴(kuò)幫以滿足通風(fēng)需求，局部還需要挑頂，嚴(yán)重影響巷道安全使用和采掘銜接。而采用注漿加固和全長(zhǎng)擴(kuò)孔孔底加長(zhǎng)錨固方式后，巷幫支護(hù)強(qiáng)度明顯提高，兩幫變形量降低到600～800mm，頂板下沉量控制在300mm以內(nèi)，無(wú)需進(jìn)行返修。

5 結(jié)論

（1）小孔徑施工錨索時(shí)，漿圈厚度過(guò)小，與孔壁軟煤摩擦力不足，且巷幫內(nèi)部瓦斯鉆孔空洞隨機(jī)分布，是造成錨索錨固力低下、離散度高的主要原因；

（2）基于提高巷幫完整性和增大漿圈摩擦力，設(shè)計(jì)了巷幫整體注漿加固、全長(zhǎng)擴(kuò)孔孔底加長(zhǎng)錨固方案；

（3）效果考察表明，每天可施工60根錨索，錨固力測(cè)試表明，10根試驗(yàn)錨索錨固力均達(dá)到要求，數(shù)據(jù)在28～34MPa之間，較為集中，說(shuō)明注漿后巷幫內(nèi)部比較完整，錨索錨固力顯著提高；

（4）采用注漿加固和全長(zhǎng)擴(kuò)孔孔底加長(zhǎng)錨固方案后，復(fù)用巷道兩幫變形量由以往的1200～2000mm，降低到600～800mm，頂板下沉量由以往的500～1000mm，控制到300mm以內(nèi)，避免了巷道擴(kuò)幫、挑頂，有利于巷道安全使用和采掘銜接。