28814 工作面回采巷道加固注殼支護(hù)工藝研究

姜 澤

（山西焦煤集團(tuán)有限責(zé)任公司東曲煤礦，山西 太原 030200）

1 概述

東曲煤礦28814 工作面回采巷道寬約5.0 m、高約4.0 m，長(zhǎng)約1186 m，坡度不大。巷道在支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)各工作面巷道圍巖的物理性質(zhì)以及支護(hù)方案中錨桿長(zhǎng)度選擇等都沒(méi)有進(jìn)行科學(xué)的調(diào)查和計(jì)算，使得部分巷道圍巖因采動(dòng)影響出現(xiàn)巷道頂板斷裂、碎巖砸落以及片幫等情況，成為影響回采生產(chǎn)安全的重大風(fēng)險(xiǎn)因素。針對(duì)28814 工作面實(shí)際情況進(jìn)行巷道支護(hù)工藝優(yōu)化，對(duì)提升巷道安全性以及生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性有著重要的意義。

2 巷道支護(hù)方案設(shè)計(jì)

28814 工作面回采巷道存在巷道頂板斷裂、片幫等問(wèn)題，采用加固注殼支護(hù)工藝進(jìn)行巷道支護(hù)。首先對(duì)28814 工作面巷道進(jìn)行修整，使其符合施工規(guī)程，采用噴漿的方式保持巷道圍巖的完整，然后進(jìn)行錨桿與錨索組合工藝支護(hù)，最后進(jìn)行復(fù)噴漿，形成深淺支護(hù)層加固注殼結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)巷道穩(wěn)定性。

其中，錨桿與錨索組合支護(hù)工藝是錨桿通過(guò)定位孔，穿過(guò)巷道外壁的不穩(wěn)定巖層，深入到穩(wěn)定巖層中，并固定。這樣可以改變圍巖的物理力學(xué)性能，改變圍巖應(yīng)力分布，錨桿的橫向作用和軸向作用同時(shí)發(fā)揮，提高巖體抗剪強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度，宏觀上則表現(xiàn)為巷道圍巖穩(wěn)定性增加。錨索結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)錨桿錨固在巷道內(nèi)部穩(wěn)定巖層中，錨桿與錨索配合使用，不僅可以突破錨桿固定長(zhǎng)度的限制，還能夠增大錨固深度。錨桿傳動(dòng)預(yù)緊力，帶動(dòng)錨索在穩(wěn)定巖層的內(nèi)部受力，實(shí)現(xiàn)錨桿穿過(guò)的所有巖層的加固。錨桿錨索組合應(yīng)用，可以將巷道巖層荷載和變形應(yīng)力傳遞到巷道圍巖深部的穩(wěn)定巖層中，使不穩(wěn)定巖層應(yīng)力變形風(fēng)險(xiǎn)降低。此外，錨桿與錨索組合應(yīng)用，能使得一定范圍內(nèi)巷道圍巖應(yīng)力相互牽扯，在圍巖內(nèi)部形成應(yīng)力網(wǎng)，網(wǎng)狀應(yīng)力區(qū)域的巖層自身也可實(shí)現(xiàn)一定程度的支護(hù)效果，使得支護(hù)作用產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)巷道的安全穩(wěn)定。對(duì)于該支護(hù)方案，錨桿長(zhǎng)度與排列間距參數(shù)的確定，是影響支護(hù)效果的重要參數(shù)，其中支護(hù)錨桿長(zhǎng)度影響因素如圖1 所示。

（1）錨桿長(zhǎng)度計(jì)算公式如下：

式中：L1為錨桿安裝在巷道巖層后，裸露在外部的長(zhǎng)度，m；L2為巷道壁到內(nèi)部穩(wěn)定巖層之間的距離，m；L3為錨桿在穩(wěn)定巖層內(nèi)部的深度，m。

通過(guò)對(duì)28814 工作面回采巷道圍巖結(jié)構(gòu)組成以及特征研究，選擇L1為0.05 m，L2為1.2 m，L3為0.4 m。因此計(jì)算得出的錨桿長(zhǎng)度為1.65 m，實(shí)際錨桿選擇1.8 m 規(guī)格。

圖1 錨桿長(zhǎng)度示意圖

（2）錨桿間距計(jì)算公式如下：

式中：N 為錨桿錨固作用力，kN/根；n 為寬度方向上每排錨桿的數(shù)量，根；L2為巷道壁到內(nèi)部穩(wěn)定巖層之間的距離，m；K 為設(shè)計(jì)安全系數(shù)，選取2.4；r 為回采巷道壁巖層的平均容重，kN/m3；B 為回采巷道寬度，m。

東曲煤礦采用的礦用普通錨桿錨固作用力為105 kN/根，28814 工作面回采巷道寬度方向上每排錨桿數(shù)量最多處為4 根，巷道壁到內(nèi)部穩(wěn)定巖層之間的距離為1.2 m，回采巷道壁巖層的平均容重為17 kN/m3，巷道寬度為5.0 m。計(jì)算所得最大錨桿間距為1.7 m，實(shí)際錨桿間距選擇1.5 m。

3 巷道支護(hù)方案實(shí)施

28814工作面回采巷道可以近似看作矩形結(jié)構(gòu)，但在頂板兩端分別存在圓弧過(guò)渡，并且巷道右側(cè)上部存在10°左右的傾角，這對(duì)支護(hù)參數(shù)的計(jì)算非常重要。在錨桿布置過(guò)程中，由于圍巖在巷道掘進(jìn)情況下，內(nèi)部應(yīng)力變化更加復(fù)雜，巷道頂板斷裂、碎巖砸落以及片幫的風(fēng)險(xiǎn)更大，因此要對(duì)巷道外形處增加支護(hù)強(qiáng)度。28814 工作面回采巷道支護(hù)方案的實(shí)施可以分為兩個(gè)階段：

（1）錨桿+錨索支護(hù)階段

錨桿+錨索支護(hù)階段的支護(hù)參數(shù)為：

① 錨索規(guī)格：首先在回采巷道頂板中心以及頂板兩端尖角處布置錨索，使錨索與固定壁成90°的垂直角度，錨索規(guī)格為Φ22×4500 mm，1860 kN屈服強(qiáng)度。

② 錨桿規(guī)格：錨桿布置在頂板及巷道側(cè)壁，固定方向與固定壁成垂直關(guān)系，錨桿規(guī)格為Φ30×1800 mm，400 kN 屈服強(qiáng)度。

初級(jí)支護(hù)示意圖如圖2 所示。

圖2 28814 工作面回采巷道局部錨索支護(hù)圖

（2）深部錨注殼加固階段

在深部錨固定位置的巷道處加裝注漿管道，通過(guò)壓力泵將漿液順管道注入到深部錨根部，固定后的漿液形成固定殼，配合錨索+錨桿支護(hù)工藝，形成穩(wěn)定的深部錨加固注殼支護(hù)組合。深部錨注漿參數(shù)為：注漿孔的深度為0.4 m，注漿壓力為6.5 MPa。深部錨注殼加固使得28814 工作面回采巷道的圍巖強(qiáng)度和穩(wěn)定性大大增加。支護(hù)效果如圖3 所示。

圖3 28814 工作面回采巷道加固注殼支護(hù)效果圖

4 支護(hù)監(jiān)測(cè)實(shí)施

為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)支護(hù)方式以及支護(hù)參數(shù)的有效性，針對(duì)28814 工作面回采巷道支護(hù)效果進(jìn)行了跟蹤監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)內(nèi)容選擇錨桿受力強(qiáng)度，主要用來(lái)反應(yīng)支護(hù)完成后28814 工作面回采巷道圍巖穩(wěn)定性，間接反映支護(hù)方案的有效性。錨桿受力強(qiáng)度監(jiān)測(cè)采用MYF-12 型錨桿測(cè)力計(jì)進(jìn)行，測(cè)點(diǎn)分布見(jiàn)圖4，在巷道壁碎裂處要加密錨桿測(cè)力計(jì)的布置。

圖4 MYF-12 型錨桿測(cè)力計(jì)布置示意圖

測(cè)力計(jì)布置按照從下到上、從左到右的順序，分別編號(hào)1～8。各測(cè)力計(jì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化曲線如圖5所示。

通過(guò)圖5 可以看出，28814 工作面回采巷道支護(hù)錨桿中最大受力為101 kN，而礦用普通Φ22 的錨桿額定承載力為105 kN。即通過(guò)錨桿與錨索組合應(yīng)用的支護(hù)方式，能夠很好地承載回采巷道圍巖內(nèi)動(dòng)力，保持巷道的穩(wěn)定性，降低巷道事故發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。

圖5 各錨桿測(cè)力計(jì)曲線示意圖

5 結(jié)論

結(jié)合28814 工作面回采巷道圍巖特征以及實(shí)際回采條件，對(duì)錨桿錨索組成應(yīng)用支護(hù)方案參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算分析，并對(duì)加固注殼支護(hù)工藝的實(shí)施效果進(jìn)行了監(jiān)測(cè)跟蹤。通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可知，按照計(jì)算參數(shù)進(jìn)行的支護(hù)方案能夠有效保證回采巷道的穩(wěn)定性，滿足回采巷道生產(chǎn)安全需求。