赵庄煤业13102巷围岩补强支护技术研究与应用

张雪峰

(晋能控股集团 晋城煤炭事业部赵庄煤业， 山西 晋城 046600)

长期以来，煤炭一直是我国的主要消费能源，支撑着我国国民经济的快速发展。受煤炭资源赋存特征影响，我国煤矿以地下开采为主，需要掘进大量的地下巷道，因此，巷道的稳定控制是保证煤矿安全高效生产的重要因素之一。锚杆(索)支护属于主动支护，支护效果好，广泛应用于我国大中小矿井[1-5]。根据矿井采掘规划，赵庄煤业采用双巷掘进，巷道之间留设宽度为50 m的煤柱，在煤柱下方布置了1条底抽巷进行瓦斯抽采。根据现场反馈结果，13092巷围岩受邻近底抽巷掘进影响(13092巷和13091巷之间煤柱下方)，帮部锚索预应力严重衰减，在工作面采动期间，巷道出现了严重变形。

赵庄煤业13102巷服务于1310和1311工作面，13101巷与13102巷留设宽度50 m的煤柱，两巷掘进前，在煤柱下方布置了1条底抽巷进行瓦斯抽采，底抽巷与煤层间距15～16 m，与13102巷水平距离20 m，见图1。13102巷掘进揭露4.75 m厚的煤层，顶底板以泥岩、砂质泥岩为主。为防止13102巷受工作面重复采动影响，巷道出现严重变形，在赵庄煤业13102巷进行必要的补强支护，从而实现巷道的稳定控制。

1 锚索补强设计影响因素

锚索补强设计需要考虑的因素有锚索选型、间排距设计、锚固力设计并达标、锚固力长效保持。

1) 锚索选型。主要是锚索长度，需要依据巷道变形规律和围岩最大破坏深度，使锚索锚固段处于相对稳定的深度中，防止锚索脱锚与围岩同步鼓出，起不到应有的作用。

2) 间排距设计。目前主要问题是支护密度不足，邻近巷道(13092巷)经过补强的帮部，煤壁鼓出时，锚索位置鼓出量与锚索之间鼓出量明显不同步，甚至使锚索剪切破坏。13102巷计划采用对比试验的方式，对比不同支护方案下的支护效果，为最终补强方案确定提供依据。

图1 13102巷布置

3) 锚固力设计并达标。根据赵庄矿一盘区实际，帮锚索锚固力应不小于26 MPa，但由于受底抽巷瓦斯抽放钻孔、煤质酥软、构造区影响，有相当部分锚索达不到设计锚固力，集中在中排和下排。锚固力不足最终造成锚索与煤壁同时鼓出，并未起到有效支护作用，因此，必须使锚固力达标。在围岩破坏深度增加以前，及早补强、超前注浆能够一定程度上提高锚索锚固力，配合注浆加长锚固效果更佳。

4) 锚固力长效保持。即使初始锚固力能够达标，随着围岩变形，破坏深度增大，裂隙增多，锚固力逐渐散失，并且越到工作面后方，破坏深度越大，影响越严重，最终可能造成锚固失效。因此，必须使巷道破坏深度达到最大时，锚索仍有较大锚固力。

2 13102巷锚索补强支护技术

2.1 顶板锚索补强设计

2.1.1 正常区域

顶板锚索原布置方式：大部分为全锚索，每排5根，排距1.2 m，锚索长度6.4 m。

锚索补强设计：补强锚索每排3根，均布置在原锚索空隙正中位置，五花布置。第一排锚索从靠近左帮开始，最左帮1根打在原锚索第1根和第2根正中，中间1根打在原锚索第2根和第3根正中，最右帮1根打在原锚索第4根和第5根正中。第二排锚索从靠近右帮开始，锚索长度8.4 m，见图2。补强锚索均采用3支锚固剂，先放1支规格为MSK2335，后放2支规格为MSZ2360，钻孔直径30 mm，钻孔深度8 050～8 150 mm，锚固长度为1 970 mm，预紧力不小于150 kN，锚索外露长度为锁具以外150～250 mm，下同。

图2 正常区域顶板补强锚索布置(mm)

2.1.2 特殊区域

横川口前后20 m顶板暴露范围大，应力集中，架棚区、破碎区、构造区顶板完整性差、强度低，是顶板下沉最严重区域，也是最大的安全隐患。如果支护强度不足，顶板将会发生较大下沉且逐渐恶化，甚至发生冒顶。锚索必须加密。必要时对出现破碎区域及时架棚并采用“一梁四柱”支撑方式。

锚索补强设计：补强锚索每排4根锚索，均布置在原锚索空隙正中位置，锚索长度8.4 m，见图3。

2.2 帮部锚索补强设计

2.2.1 正常区域

1) 在原两排锚索正中补打1排锚索，补打锚索每排3根，锚索型号SKP22-1/1720-8 400 mm。最上1根锚索距离顶板800 mm，仰角11°；第2根锚索距离上部锚索1 500 mm，仰角0°；第3根锚索距离第2根锚索1 500 mm。新补打的1排锚索之间使用1根钢筋梯梁连接在一起。

2) 在原锚索两根之间正中位置再补打1根锚索，锚索型号SKP22-1/1 720-8 400 mm，仰角0°，使最终形成“三三三三三”锚索布置形式。补强后锚索布置形式见图4。

图3 特殊区域顶板补强锚索布置(mm)

图4 正常区域巷帮锚索补强布置(mm)

2.2.2 特殊区域

13102巷所有的横川口前后20 m、架棚区、破碎区、构造区为特殊区域。此段顶板压力作用明显，根据13092巷观测结果，预计是巷道变形最为严重的区域，计划对帮锚索进行加密设计，见图5。

1) 在原两排锚索正中补打1排锚索，补打锚索每排4根，锚索型号SKP22-1/1 720-8 400 mm。最上1根锚索距离顶板800 mm，仰角11°；第2根锚索距离上部锚索1 100 mm，仰角0°；第3根锚索距离第2根锚索1 100 mm，仰角0°；第4根锚索距离第3根锚索1 100 mm，仰角0°。新补打的1排锚索之间使用1根钢筋梯梁连接在一起。

2) 在原锚索两根之间正中位置再补打1根锚索，锚索型号SKP22-1/1 720-8 400 mm，仰角0°，使最终形成“四三四三四”锚索布置形式。

3 围岩控制效果分析

13102巷锚索补强支护技术应用于赵庄煤业13102巷，同时采用十字测试法，监测了巷道变形情况。图6、图7分别给出了1310工作面和1311工作面采动期间巷道变形情况。

图5 特殊区域巷帮锚索补强设计(mm)

图6 1310工作面采动期间巷道变形情况

受1310工作面采动影响，巷道顶板最大变形量约64 mm，两帮最大变形量约72 mm，受1311工作面采动影响，巷道顶板最大变形量约200 mm，两帮最大变形量约222 mm。整体来看，13102巷在服务期内，围岩变形量和变形速度均较小，表明了13102巷锚索补强支护技术的合理性和优越性。

图7 1311工作面采动期间巷道变形情况