蠕動變形圍巖聯(lián)合支護(hù)及應(yīng)用效果分析

郝慧東

（晉能控股忻州王家?guī)X煤業(yè)，山西 忻州 036600）

1 18109 工作面概況

王家?guī)X煤業(yè)18109 預(yù)抽巷位于一采區(qū)北翼，地面標(biāo)高+1033.8～+1137.6 m，井下標(biāo)高+569～+595 m，在集中輔運(yùn)巷FD5 點東43.798 m 處向北開口形成18109 預(yù)抽巷，東部35 m 為18109 工作面膠帶順槽，西部為設(shè)計的18111 回采工作面，北部為井田邊界，南部為三條大巷。

18109 預(yù)抽巷設(shè)計全長2996 m（平距），矩形斷面，掘進(jìn)寬度5.5 m、高度4.0 m，斷面面積22 m2，巷道前期作為18109 工作面預(yù)抽巷服務(wù)于18109 瓦斯抽放，后期作為18111 工作面回風(fēng)順槽，后期工作面在回采過程中產(chǎn)生的采動應(yīng)力對預(yù)抽巷圍巖會產(chǎn)生不同程度的破壞[1]。

18109 工作面膠帶預(yù)抽巷沿4 號煤層底板掘進(jìn)，根據(jù)前期施工的W303、W403、W602 鉆孔及正在掘進(jìn)的18109 膠帶順槽煤厚資料分析，預(yù)計該順槽煤層由南向北逐漸變厚，全煤厚7.73～8.34 m，平均8.04 m，凈煤厚6.58～8.04 m，平均7.31 m，抗壓強(qiáng)度15～20 MPa，煤體中硬。一般含夾矸3～4 層，多以砂質(zhì)泥巖、碳質(zhì)泥巖為主，掘進(jìn)段破底0.2～0.6 m[2]。煤層局部裂隙較發(fā)育，裂隙基本延南北展布。

2 巷道永久支護(hù)設(shè)計

18109 預(yù)抽巷頂板及巷幫決定采用“錨桿+鋼絞線錨索+鋼筋網(wǎng)”等永久支護(hù)技術(shù)。

2.1 頂板錨桿支護(hù)

1）頂板錨桿采用規(guī)格為Ф22 mm×2400 mm 左旋螺紋鋼，頂錨桿鉆孔深度2.35 m，頂板每排施工6根錨桿，錨桿布置間距為0.9 m、排距為1.0 m，兩側(cè)處錨桿與巷幫間距為0.25 m，且分別向兩幫傾斜約15°，其余錨桿垂直頂板布置。

2）梯子梁采用16 號圓鋼焊接，寬度80 mm、長度5.2 m，間距1.0 m，與頂錨桿配套使用；錨桿托盤厚度為10 mm 穹形錨桿托盤，規(guī)格為150 mm×150 mm×10 mm，配套相應(yīng)調(diào)心球墊和減摩墊圈。

2.2 頂錨索支護(hù)

1）頂錨索材料：采用規(guī)格為Ф21.8 mm×8300 mm鋼絞線，由于回風(fēng)順槽沿4 號煤層底板托頂煤掘進(jìn)，受到煤層厚度變化的影響，錨索長度根據(jù)巖性探測具體確定，錨固段須進(jìn)入穩(wěn)定巖層不少于1 m，鉆孔深度8.1 m。錨索排距2.0 m，每排4 根，間距1.2 m，距巷幫0.85 m 垂直頂板對稱布置。

2）錨索托盤：采用規(guī)格為300mm×280mm×14mm的W 型錨索托盤，厚度14 mm，配套調(diào)心球墊和減磨墊片；并采用規(guī)格BHW-280-4200-4 mm 的W 型鋼帶，厚度4 mm，與頂錨索配套使用。

2.3 鋼筋網(wǎng)支護(hù)

1）頂板網(wǎng)鋪設(shè)直徑為6 mm 圓鋼編制而成的鋼筋網(wǎng)；回采幫網(wǎng)片與煤柱幫網(wǎng)片均采用10 號鐵絲菱形金屬網(wǎng)，網(wǎng)孔規(guī)格50 mm×50 mm；網(wǎng)片搭接寬度為100 mm，用14 號鐵絲聯(lián)接，每隔200 mm 聯(lián)網(wǎng)兩道，孔孔相連、雙絲雙扣、綁扎牢固，呈兩排“三花”布置，擰結(jié)量不得少于3 圈，網(wǎng)片要鋪平，鋪展緊貼頂幫[3]。

2）巷道每施工100 m 施做一段長度為1 m 的全斷面（頂板和兩幫）塑料網(wǎng)作為間隔段，塑料網(wǎng)采用HBP200，材料特性要求顏色統(tǒng)一為黑色；摩擦不產(chǎn)生靜電；阻燃性能良好；防腐蝕、抗老化能力強(qiáng)；承載力不得低于2～4 t/m2。

3 巷道加強(qiáng)支護(hù)技術(shù)

為了有效防止二次采動對圍巖產(chǎn)生破壞現(xiàn)象，巷道永久支護(hù)后對工作面回采前30 m 范圍內(nèi)采取“注漿錨索+梯形頂梁鋼棚”聯(lián)合支護(hù)。

3.1 注漿錨索支護(hù)

3.1.1 中空注漿錨索特點

1）與傳統(tǒng)實芯錨索相比中空注漿錨索可實現(xiàn)錨索錨固與注漿協(xié)同支護(hù)作用，在施工過程中具有簡化注漿、錨索支護(hù)工序，縮短支護(hù)時間，減少支護(hù)孔數(shù)量等優(yōu)點；同時注漿錨索可根據(jù)圍巖受壓情況設(shè)計成不同長度，支護(hù)過程中受空間、圍巖力學(xué)性質(zhì)等限制小。

2）中空注漿錨桿在支護(hù)時先實現(xiàn)錨索對圍巖的懸吊、支護(hù)拱（梁）支護(hù)，然后實現(xiàn)注漿加固作用，同時注漿加固過程中彌補(bǔ)了單錨索支護(hù)的不足，注漿過程中能夠快速對孔壁裂隙巖體進(jìn)行充填加固，并對錨索起到全長加固作用，從而保證施加的預(yù)應(yīng)力能夠穩(wěn)定連續(xù)的傳遞至圍巖中。

3.1.2 中空注漿錨索結(jié)構(gòu)及技術(shù)參數(shù)

1）18109 預(yù)抽巷頂板施工的中空注漿錨索長度為8.3 m、直徑為30 mm，注漿錨索主要由止?jié){塞、注漿管、出漿口、金屬膨脹環(huán)、楔頭芯桿等部分組成，如圖1 所示。

圖1 18109 預(yù)抽巷頂板施工的中空注漿錨索結(jié)構(gòu)示意圖

2）中空注漿錨索材質(zhì)強(qiáng)度等級為1670 MPa，索體破斷力不低于420 kN，中空注漿管內(nèi)徑為6 mm、外徑為10 mm，注漿壓力為5～12 MPa。

3.1.3 注漿材料

18109 預(yù)抽巷頂板注漿材料使用525 號普通硅酸鹽水泥漿，添加少量水玻璃，制成水泥-水玻璃混合單液漿。

在進(jìn)行注漿液制作時先進(jìn)行水泥漿液制作后添加水玻璃，水玻璃添加前需對其濃度進(jìn)行調(diào)制；根據(jù)對注漿區(qū)圍巖裂隙發(fā)育程度觀察，18109 預(yù)抽巷頂板注漿后必須確保注漿滲透半徑在0.5～1.2 m 范圍內(nèi)，所以漿液濃度必須適宜，水灰質(zhì)量比為0.5∶1.0，水玻璃與水泥質(zhì)量比為1∶50；水玻璃濃度為45 波美度，模數(shù)為3.1[4]。

3.1.4 施工工藝

1）首先在巷道頂板施工注漿錨支護(hù)孔，支護(hù)孔每排施工2 個，布置間距為2.4 m、排距為2.0 m，采用錨桿鉆機(jī)，Φ32 mm 鉆頭，B19 mm 中空六角鋼釬聯(lián)合施工。

2）注漿錨索錨固后將注漿軟管與注漿泵進(jìn)行連接，注漿時先選用0.5～1 MPa 的注漿壓力，當(dāng)注漿一段時間后可逐漸增大注漿壓力，最高不超過6 MPa[5]。

3.2 雙梁鋼棚支護(hù)

為了進(jìn)一步提高18109 預(yù)抽巷巷幫煤柱支撐強(qiáng)度，超前應(yīng)力區(qū)圍巖采取注漿錨索支護(hù)后，架設(shè)雙梁鋼棚支護(hù)。

1）雙梁鋼棚支護(hù)主要雙頂量、棚腿、連接桿等部分組成，棚腿愛用11 號工字鋼梁焊制而成，頂梁采用12 號槽鋼焊制而成，頂梁長度為4.5 m、寬度為0.5 m，主要由兩根槽鋼和三根橫梁組成，如圖2 所示。

圖2 18109 預(yù)抽巷應(yīng)力區(qū)支護(hù)示意圖（單位：mm）

2）橫梁采用11 號工字鋼制成，在橫梁中部焊制一塊連接板，長度為0.3 m、寬度為0.2 m，連接板四周焊制4 個直徑為28 mm 卡纜固定孔；縱梁上同樣焊制3 塊連接板。

3）棚腿長度為3.3 m，在棚腿兩側(cè)各焊制兩個圓環(huán)，圓環(huán)布置間距為2.0 m，鋼棚安裝間距為1.5 m，鋼棚安裝后相鄰兩架棚腿之間采用兩根連接桿進(jìn)行連接。

4）安裝時先安裝棚腿后安裝頂梁，頂梁與棚腿安裝時采用兩道卡箍進(jìn)行緊固，鋼棚安裝后必須保證頂梁與頂板接觸嚴(yán)實，當(dāng)工作面回采至距第一架鋼棚2.0 m 時，及時拆除第一架鋼棚并進(jìn)行前移。

4 實際應(yīng)用效果分析

截止2021 年7 月18109 工作面已回采結(jié)束且密閉，18111 工作面已回采150 m，工作面回采期間通過對18109 預(yù)抽巷圍巖變形情況進(jìn)行觀察發(fā)現(xiàn)以下情況。

1）18109 預(yù)抽巷在未采取加強(qiáng)支護(hù)措施前，18111 工作面回撤50 m 后超前30 m 范圍內(nèi)18109預(yù)抽巷圍巖出現(xiàn)變形現(xiàn)象，主要集中在位于工作面?zhèn)认飵涂迓?、頂板與巷幫之間的三角煤柱出現(xiàn)斷裂，頂板出現(xiàn)跨距，頂板下沉量達(dá)0.49 m，煤幫收斂量達(dá)0.58 m。

2）18111 工作面回采至60 m 處時對18109 預(yù)抽巷圍巖采取加強(qiáng)支護(hù)措施，支護(hù)3 d 后圍巖應(yīng)力得到了明顯改善，支護(hù)8 d 后巷道圍巖變形現(xiàn)象得到了有效控制，實測支護(hù)區(qū)內(nèi)頂板最大下沉量為0.19 m，兩幫最大收斂量0.21 m。

5 結(jié)語

王家?guī)X煤礦對18109 預(yù)抽巷圍巖采取合理有效的支護(hù)技術(shù)后，提高了高抽巷圍巖整體穩(wěn)定性，解決了巷道受二次采動影響出現(xiàn)圍巖破碎、變形等技術(shù)難題，實現(xiàn)了高抽巷二次利用，減少了采掘工作面掘進(jìn)工程量，取得了顯著應(yīng)用成效。