店坪煤矿受采动影响下的回采巷道锚注支护研究

张 健

（霍州煤电集团吕梁山煤电公司方山店坪煤矿，山西 方山 033199）

针对井下回采巷道围岩破碎、不易控制的难题，锚注支护技术显得优势明显且技术愈发成熟[1-5]。本文以店坪煤矿综采工作面9-2052 回采巷道为研究背景。该巷道在掘进过程中出现巷道掘出后顶板下沉速度快、顶底板变形严重的巷道失稳现象，考虑到该巷为日后受采动影响的巷道，回采作业必定会加剧其变形破坏的风险。因此，综合现场实测以及支护优化分析，对该矿9-2052 回采巷试验段巷道采用了锚注支护的技术，并采用钻孔窥视及定量监测的方法分别分析了注浆锚杆索浆液扩散情况及锚注支护后的巷道围岩表面变形情况。实测结果均体现出锚注优化支护对巷道围岩的良好控制效果。

1 工程概况

1.1 巷道概况

店坪煤矿9-2052 回采巷道掘进工作面位于830m 水平南翼，工作面标高+798m～ +832m，东与830m 水平南翼轨道巷相通，西至井田边界，南为实体煤，北与9-2072 巷相邻（间隔251m）。9#煤上部主要可采煤层为5#煤层，工作面上部对应5#煤为实体煤。该巷道主要担负着9-205 回采工作面的运输、回风、行人等任务，同时留巷为9-203 回采工作面服务。

9-2052 巷设计全长1386m，设计断面为矩形，宽5200mm，高3200mm，净断面15.5m²。巷道采用锚网梁、锚索联合支护形式。顶锚杆和左帮锚杆采用Ф20×2000mm 左旋螺纹高强锚杆，右帮锚杆采用Ф16×1500mm 普通圆钢树脂锚杆。顶锚杆间排距980×1000mm，帮锚杆间排距1150×1000mm。顶锚索采用Ф18.9×6200mm 钢绞线“3-2”布置，3 根锚索时间距为1300mm，距帮1300mm，2 根锚索时间距1800mm，距帮1700mm，排距3000mm。如图1 所示。

图1 巷道支护断面图

1.2 煤层概况

9-2052 工作面揭露9#煤层，煤层厚度2.6～3.2m，均厚2.9m，煤层倾角1～5°，属于近水平煤层。工作面范围内煤层、煤体结构较稳定，含有两到三层夹矸，夹矸多为砂质泥岩，厚度为0.2～0.45m，煤层层理发育程度为中等发育，节理发育程度明显。煤层顶板为砂岩，底板为砂质泥岩。煤（岩）层赋存特征见表1。

表1 顶底板煤岩赋存特征表

2 巷道变形特征

由于巷道顶底板岩性松软、围岩应力高等特点，9-2052 回采巷道在现有支护条件下出现顶板破碎甚至冒顶、帮部片落等围岩不稳定现象，如图2 所示。9-2052 巷不仅要服务于9-2052 回采工作面的运输、回风、行人等任务，同时要留巷作为9-203 的回采巷道，因此，受高强度采动影响，该巷道围岩破坏更加严重，必须采取合理有效的方式控制围岩变形破坏。

图2 巷道变形特征

9-2052 巷出现的不稳定特征：

（1）顶板下沉速率快，顶板浅部较破碎。巷道顶板为砂质泥岩，巷道在掘进过程中，顶板浅部较为破碎，且顶板掘出后沉降速度较快，曾发生局部范围冒顶的现象。现场为控制顶板采取了工字钢支架加强支护的措施。

（2）巷道底板底鼓现象严重。由于巷道直接底为砂质泥岩，巷道底板底鼓量也较大，局部底鼓严重处可达1.5m 以上。

3 锚注支护研究

锚注支护技术将锚杆支护与注浆手段合理地结合起来，对巷道浅部破碎变形以及煤岩层内结构节理、层理、裂隙发育均具有良好的控制效果。本次优化设计采用新型厚壁热轧中空注浆锚杆与新型中空注浆锚索作为锚注支护材料，采用内锚外注的方式对巷道围岩实施高强度锚注。其中，注浆作业滞后巷道正常掘锚作业10 ～20m 后进行施工，注浆过程中保持注浆压力5MPa，且要严格遵守先注两帮锚杆、再注顶板锚杆索的注浆顺序。注浆锚杆索具体支护参数如下：

（1）锚杆优化

应用Ф22×2400mm 中空注浆锚杆配合120mm×120mm×10mm 拱形钢托盘支护顶板，顶锚杆间排距仍为980×1000mm，但需调整边角锚杆安装角度为向外偏15°，注浆锚杆钻孔直径为32mm。

应用Ф22×2400mm 中空注浆锚杆配合120mm×120mm×10mm 拱形钢托盘支护两帮，帮锚杆间排距仍为1150×1000mm，但需调整帮锚杆安装角度。其中，顶角锚杆与水平线呈15°向上，底角锚杆与水平线呈15°向下。注浆锚杆钻孔直径为32mm。

（2）锚索优化

应用Ф22×7000mm 中空注浆锚索配合300mm×300mm×20mm 钢托盘支护巷道顶板，注浆锚索位置选取在巷道原支护方案中单排2 根锚索的布置位置，即替代原先支护方案中的单排2 根锚索。注浆锚索钻孔直径为32mm。

（3）金属网优化

应用菱形金属网配合锚杆索支护巷道顶板及两帮，金属网规格为2800mm×1000mm（长×宽），网孔规格为40mm×40mm。

4 工程应用分析

在9-2052 回采巷道试验段巷道采用以上锚注优化支护后，通过监测该试验段巷道围岩变形位移情况、锚杆索受力情况以及注浆浆液扩散情况，验证锚注支护对巷道围岩的实际控制效果。

（1）钻孔窥视分析

在试验段巷道选取顶板较完整处进行打孔窥视顶板岩层裂隙发育情况及注浆锚索浆液扩散情况。共布置3 组窥视钻孔，3 组钻孔沿巷道轴向分别间距6000mm，位置位于注浆锚索附近，钻孔直径32mm，钻孔深度7m。部分窥视效果如图3 所示。

图3 顶板钻孔窥视图

由图3 可见，巷道顶板注浆范围内岩层结构基本完整，未见明显裂隙、节理发育情况。注浆锚索施工后，浆液扩散较为均匀，基本能够扩散渗入至原生裂隙处，对顶板各岩层起到了较好的粘合作用，对整块顶板起到了比较明显的增加强度和加大结构完整性的作用，整体注浆效果可观。

（2）围岩变形量监测

在试验段巷道设立围岩表面变形监测测站，利用顶板离层仪等测量工具，实现巷道顶板、帮部的位移量变化实时监测。如图4（a）为试验段巷道顶板离层情况监测曲线，图4（b）为围岩表面变形量监测曲线。

图4 围岩位移变形情况监测曲线图

由图4 监测结果可见，9-2052 试验段巷道围岩内部离层及围岩表面变形情况整体较为合理。其中，据顶板离层仪监测显示结果得知，顶板内岩层离层在监测前20d 期间内变化明显，在20d 以后离层量变化不再明显，监测40d 时，顶板浅部累积离层量为16.2mm，深部累积离层量为10.9mm。而据围岩表面变形量监测结果得知，试验段巷道顶底板收敛量在监测前10d 内增长较明显，10d 以后基本维持平稳，监测60d 时顶底板累积移进量为46mm。巷道帮部变形量在监测前10d 内增长快速，10 ～40d内呈现缓慢增长状态，40d 以后基本趋于稳定，监测60d 时两帮累积收敛量为100mm。

以上监测结果整体表明，试验段巷道采用优化锚注支护技术后，巷道顶板及两帮能够保持基本稳定，围岩整体表面及顶板内部变形量均能够控制在合理范围内，较原先巷道有着明显的支护改进效果。

5 结论

（1）9-2052 回采巷变形特征主要体现为：顶板下沉速度快，顶板浅部破碎，底板底鼓变形量大。

（2）针对9-2052 回采巷变形特征，对其试验段巷道实施锚注支护技术，包括支护参数优化与锚杆索注浆工艺技术应用。

（3）试验段巷道围岩表面变形量较小，巷道掘出后，顶底板最大累积收敛量为46mm，两帮最大累积收敛量为100mm。同时，试验段巷道顶板完整程度较好。