中空注浆锚索在综采工作面超前支护中的应用研究

许小永

（山西汾西矿业集团双柳煤矿，山西 柳林 033300）

1 中空注浆锚索的应用背景

当前，我国常用的超前支护形式为单体支柱配合铰接顶梁和超前液压支架。但是，《煤矿安全规程》第九十七条没有明确指出采用何种形式在超前支护段予以加强支护，只要能够满足回采巷道超前段支护强度要求，就可以在当前已有的支护技术内选择适合的超前支护形式。基于此，双柳煤矿23（4）11材巷超前支护段提出采用超前注浆锚索加强支护替代单体支柱支护形式。该支护方式较传统的单体液压支柱或超前液压支架超前支护形式，可大幅降低劳动强度，提高机械化程度，提高施工效率，减少支护成本。注浆锚索支护由被动支护变为主动支护，能发挥主动支护的优势，提高支护强度。

2 工作面地质概况

双柳井田位于河东煤田中段，行政区划属柳林县管辖，矿井设计生产能力300万t/年，23（4）11工作面位于二采区南翼，东邻23（4）09工作面，正在掘进，西邻23（4）13工作面已回采完毕，北面为二采区回风巷，切割巷以南约97 m为F1聚财塔大断层。煤层顶板情况见表1。

表1 煤层顶板情况

3 作用机理

注浆锚索是一种新型支护方式，核心是注浆，关键是止浆。注浆锚索的原理是将锚索支护作用与注浆加固的作用结合起来，共同作用于巷道围岩，不仅能从根本上保证锚索锚固的可靠性，而且浆液能够渗透到钻孔周围较大范围的岩体和裂隙中，使破碎的围岩及周围的煤岩体黏结固化，有效地提高围岩自身强度和承载能力，从而大大改善巷道的支护效果。

4 研究内容

4.1 巷道支护体系破坏规律及形式

对于动压巷道支护，由于存在“三高与时间效应”，使得深部巷道围岩的组织结构、基本行为特征和工程响应均发生了根本性的变化，围岩变形量与支护体系组合特征有着密切关系。通过开展巷道围岩裂隙发育和变形破坏路径研究，揭示软弱岩体在外载荷作用下变形破坏形态和支护构件失效机理，获得23（4）11材巷围岩裂隙发展演化规律和巷道变形发展路径，为提高支护系统性能提供参考依据，以便指导巷道支护体系的管控。

4.2 高强锚注支护在巷道支护体系中的适应性和支护参数合理性

通过对巷道围岩变形特征监测、支护体承载强度监测、围岩结构特征观测，结合计算机数值模拟和理论分析，揭示巷道围岩变形破坏机理和锚注加固机理，改进和优化现有锚注支护材料结构和注浆材料性能，使其具有更广泛的适用性，满足巷道支护强度和施工需求。

4.3 制订巷道高强锚注支护方案，开展工业性试验

通过现场调研和理论分析进行全面系统的研究，制订巷道高强锚注支护技术方案。通过现场观测研究浆液浓度（水灰比）、注浆压力、扩散半径等注浆参数与支护效果之间的关系，确定合理的锚注加固技术参数和工艺工作，开展相关工业性试验工作，并进行现场技术指导和培训。从锚注加固支护材料、施工机具选取、施工流程及支护效果监测等对整个施工工艺进行总结完善，以满足现场施工需要。

4.4 经济技术效益对比分析

应用锚注一体化支护技术与现有的巷道支护体系进行经济技术对比，查看是否能达到减轻工人劳动强度、降低支护成本、增加巷道围岩稳定性的目的。

5 主要技术关键要点

5.1 围岩变形破坏规律

巷道受高应力持续破坏作用，围岩变形路径和规律需要多途径综合观测，以便于评价高强锚注前后围岩变形破坏规律，指导巷道高强锚注支护工程科学、合理有效。

5.2 注浆材料的扩散性

注浆材料的扩散性没有成熟的理论作为指导，也没有好的监测手段，实际锚注施工中只能通过表象进行判断，因此注浆量及注浆情况较难掌握。基于此，必须将现场施工管理与以往经验结合起来。

5.3 锚注加固机理及合理的注浆时机

虽然目前国内关于注浆加固机理及时机的理论研究有很多，但工程实践中只能通过观测结果结合施工管理进行掌握，因此，合理时机的确定需要准确的观测结果及合理的施工组织。

6 经济效益

1）直接降低巷道支护和维护总费用10%以上，改变双柳煤矿长期以来超前支护单体支护配合金属顶梁联合支护的模式，逐步取消架棚加强支护，直接效益显著。

2）提高了巷道支护的安全可靠性，保证了矿区经济效益的提高。

3）提高施工效率，减少施工工序，提高施工进度。高强锚注的支护工作与注浆工序是平行作业，互不影响，与锚网索支护施工进度相同，并减少了注浆加固后续的二次支护工序，大幅度提高了施工速度。

4）降低巷道支护成本，减少人力、物力的重复投入。高强锚注支护将锚杆支护与注浆加固结合为一体，减少了支护材料的消耗和机具的损耗，降低了巷道支护成本，避免在后续施工中对机具设备、注浆管等的损耗和重复投入。

7 推广应用前景

我国煤矿地质条件日益复杂，巷道支护难度越来越大，高强锚注支护是传统锚网索支护技术的一次变革。其为解决特殊、困难条件下巷道支护难题提供了非常有效的技术手段，推广应用前景十分可观。其主要应用范围如下：替代传统回采工作面超前支护采用架棚支护的方式，取代目前树脂锚索用于巷道补强加固；用于全煤巷道底板超前加固；用于沿空留巷、沿空掘巷、大断面巷道、切眼及交叉点的支护；用于高应力区大变形巷道支护与修复，也可用于非煤矿山巷道支护与修复、隧道工程及边坡治理等工程。高强锚注支护的推广前景十分广阔。