全長錨固錨索支護技術(shù)在沿空掘巷的試驗研究

梁玉海 崔光旭 周猛猛

（兗煤菏澤能化有限公司趙樓煤礦，山東 菏澤 274705）

1 概述

趙樓煤礦5304 工作面軌道順槽為沿空掘進巷道，鄰近5303 工作面采空區(qū)，沿空煤柱4.5 m。為提高巷道支護強度，驗證加長錨固、全長注漿錨桿、錨索等支護技術(shù)在沖擊地壓礦井的應(yīng)用效果，在5304 軌道順槽（里段）100 m 范圍內(nèi)巷道采用預應(yīng)力全長錨固錨桿（索）。在上述實驗段巷道及鄰近常規(guī)支護地點安設(shè)頂板離層儀、錨桿（索）壓力計等礦壓觀測設(shè)備，分析應(yīng)用效果。

2 試驗用的支護材料

（1）頂板預應(yīng)力全長錨固錨索：型號SKZ22-1/1860； 規(guī) 格Φ22 mm×6300 mm； 強 度 級 別≥1860 MPa；破斷力≥400 kN；延伸率≥5%。

（2）頂板錨索用錨固劑：CK2550 兩支，抗壓強度不低于60 MPa。

（3）無機注漿錨固料：型號MZM-70 型；1 d抗壓強度≥20 MPa；28 d 抗壓強度≥70 MPa。

（4）錨索托盤：300 mm×300 mm×16mm。

（5）沿空側(cè)中空注漿錨索：型號SKZ22-1/1770；規(guī)格Φ22 mm×3800 mm；封孔方式：內(nèi)置式封孔。

（6）實體煤側(cè)中空注漿錨索：型號SKZ22-1/1770；規(guī)格Φ22 mm×6300 mm；封孔方式：內(nèi)置式封孔。

（7）實體煤側(cè)中空注漿錨桿：型號MZGK200-42/25；規(guī)格Φ25 mm×3000 mm；封孔方式：孔口封孔。

3 支護設(shè)計

為對比常規(guī)端錨錨索、預應(yīng)力全長錨固錨索、中空注漿錨索及中空注漿錨桿支護效果，在5304沿空軌道順槽選取150 m 長度巷道（其中原支護、方案一、方案二各50 m）開展現(xiàn)場試驗，驗證各支護形式支護效果，具體支護方案[1-2]如下：

（1） 原 支 護 方 案。 頂 板 錨 桿 規(guī) 格Φ22 mm×2400 mm，間排距850 mm×800 mm。頂板錨索規(guī)格Φ22 mm×6200 mm，端錨，配合29U 型鋼使用。沿空側(cè)采用Φ22 mm×3800 mm 錨索配合18#B 槽鋼梁，間排距1200 mm×1600 mm。實體側(cè)錨索規(guī)格Φ22 mm×6200 mm，間排距1200 mm×1600 mm。具體支護參數(shù)如圖1。前進行施工，以提高實體煤的強度，減少兩幫的變形。其余支護不變。具體支護參數(shù)如圖3。

圖1 原巷道支護設(shè)計斷面圖（mm）

圖2 方案一巷道支護設(shè)計斷面圖（mm）

圖3 方案二支護設(shè)計斷面圖（mm）

（2）方案一。頂板原錨桿支護不變，將原錨索改為Φ22 mm×6300 mm 預應(yīng)力全長錨固錨索，29U 型鋼梁按原支護方式正常使用，間排距不變。沿空側(cè)采用Φ22 mm×3800 mm 預應(yīng)力全長錨固錨索代替原錨索，槽鋼梁按原支護方式正常使用，間排距不變。實體煤側(cè)采用Φ22 mm×6300 mm 預應(yīng)力全長錨固錨索，采用“2-1-2”三花布置。其余支護不變。具體支護參數(shù)如圖2。

（3）方案二。頂板原錨桿支護不變，將原錨索改為Φ22 mm×6300 mm 預應(yīng)力全長錨固錨索，29U 型鋼梁按原支護方式正常使用，間排距不變。沿空側(cè)采用Φ22 mm×3800 mm 預應(yīng)力全長錨固錨索，采用“2-1-2”三花布置。實體煤側(cè)采用Φ25 mm×3000 mm 全長錨固錨桿，采用“2-1-2”三花布置。實體幫注漿錨桿可在巷道施工完工作面回采

4 工藝及流程及技術(shù)要點

（1）頂板預應(yīng)力全長錨固錨索施工技術(shù)要求

① 打眼：用直徑32 mm 的鉆頭打孔，深度為6000 mm。

② 送樹脂藥卷：向孔內(nèi)依次裝入兩支CK2550樹脂藥卷，用錨索索體慢慢將樹脂藥卷推入孔底。

③ 攪拌樹脂：將錨索尾部六方與單體錨桿鉆機連接起來，然后升起鉆機推進鋼絞線，邊攪拌邊推進，直至推入孔底，停止升鉆機，攪拌20～30 s后停機。停機后鉆機保持60 s 后方可降下。

④ 錨索孔樹脂攪拌結(jié)束后10～30 min 安裝錨索托板、錨具，對錨索進行預緊漲拉。錨索漲拉采用漲拉千斤頂，預緊力不小于10 t。

⑤ 當錨索施工30 根時，進行注漿。注漿采用專用全錨無機注漿料，水灰比為1:3.2，根據(jù)比例向攪拌桶內(nèi)注入一定量的清水，開動攪拌機，向桶內(nèi)加入注漿材料，邊加入邊攪拌，注漿料須慢慢加入。

⑥ 卸下錨索尾部的絲堵，連接注漿器到錨索尾部內(nèi)螺紋上，啟動注漿泵進行注漿，鉆孔漏漿即停止，卸下注漿連接器，擰上絲堵。

（2）幫部注漿錨索施工技術(shù)要求

沿空巷道巷幫施工中空注漿錨索，其目的是對煤柱進行加固，提高煤柱的支撐強度，防止煤柱側(cè)巷幫在工作面回采時出現(xiàn)大變形。沿空側(cè)中空注漿錨索加固可以在巷道掘進期間施工，在迎頭后注漿。

① 打眼：用直徑32 mm 的鉆頭打孔，深度為3500 mm。

② 向孔內(nèi)裝入兩支CK2550 樹脂藥卷，用錨索索體慢慢將樹脂藥卷推入孔底。

③ 攪拌樹脂：用攪拌接頭連接幫機與鋼絞線，邊攪拌邊推進，直至推入孔底，攪拌20～30 s 后停機。

④ 錨索孔樹脂攪拌結(jié)束后10～30 min 安裝止?jié){塞、錨索托板、錨具，對錨索進行預緊漲拉。錨索漲拉采用漲拉千斤頂，預緊力為10 t。

⑤ 對中空注漿錨索注入無機錨固材料，水灰比按0.4～0.5，注漿壓力不低于8 MPa。

（3）注漿錨桿施工技術(shù)要求

① 鉆錨桿孔。用錨桿鉆機采用直徑32 mm 鉆頭鉆錨桿孔，孔深為2900 mm，并將錨桿孔內(nèi)的煤粉用水或風清除干凈。

② 錨桿端錨。將一支CK2550 樹脂藥卷用中空注漿錨桿送入孔底，將攪拌接頭連接注漿錨桿和錨桿鉆機，攪拌樹脂藥卷實現(xiàn)錨固端錨。

③ 待樹脂錨固劑凝固后，按順序安裝止?jié){塞、托盤、螺母，并用風動扳手實現(xiàn)注漿錨桿預緊。

④ 注漿。采用MZM-70 高強無機注漿料，水灰比按0.29～0.35 比例，采用專用注漿連接器將注漿管路與注漿錨桿尾部連接于一體。確保安全連接后，開動注漿泵，實現(xiàn)注漿加固。

5 應(yīng)用效果對比分析

5304 工作面已經(jīng)回采完畢，在正常支護段、方案一、方案二現(xiàn)場各安裝1 組頂板離層儀，編號分別為測點1、測點2、測點3。不同支護段頂板下沉量如圖4。

根據(jù)圖4 數(shù)據(jù)顯示，3 組測點均表現(xiàn)為在巷道掘進初期巷道頂板下沉量大，變形速率較快。當掘進面距離觀測點100 m 以后，巷道頂板下沉量基本穩(wěn)定，進入穩(wěn)定蠕變期。當巷道達到穩(wěn)定狀態(tài)時，測點1 頂板下沉量為398 mm，測點2 頂板下沉量為199 mm，測點3 頂板下沉量為235 mm。試驗結(jié)果表明預應(yīng)力全長錨固錨索相較于常規(guī)端錨錨索可有效控制巷道變形，提高圍巖穩(wěn)定性。方案二與方案一對比說明Φ22 mm×6300 mm 預應(yīng)力全長錨固錨索效果優(yōu)于Φ25 mm×3000 mm 全長錨固錨桿。

圖4 不同支護段頂板下沉量圖

6 結(jié)論

通過在沖擊地壓礦井沿空掘巷的現(xiàn)場試驗，預應(yīng)力全長錨固錨桿（索）支護技術(shù)可有效控制沖擊地壓礦井沿空順槽巷道圍巖變形，提高巷道穩(wěn)定性，為后期安全、高效回采創(chuàng)造條件。