强效锚固技术在松软破碎煤巷围岩控制中的应用

梁 杰

（汾西矿业集团高阳煤矿，山西 孝义 032300）

引言

松软煤层在国内众多矿区中均有赋存，该类煤层表现出裂隙发育、强度较低，综采工作面回采期间容易出现煤壁片帮问题，巷道掘进过程中围岩控制困难、巷道变形量大[1-2]。众多的学者对松软破碎煤层巷道围岩控制技术展开研究，并提出采用高强度支架、锚网索、超前预注浆、架棚等方式控制围岩，在现场工程应用中均取得一定成果[3-4]。但是不同矿井间煤层赋存条件、地质条件有一定差异，应针对矿井实际情况提出针对性围岩控制措施[5-7]。为此，以山西某矿30607 运输巷掘进为工程背景，提出采用强效锚固技术对巷道松软破碎围岩进行控制，实现了巷道围岩的有效控制。

1 工程概况

山西某矿现阶段主采6#煤层，厚度均值5.0 m、倾角5°～10°，煤层中夹杂有3～6 层泥岩矸石，矸石总厚度约为1.2 m。6#煤层裂隙发育、强度较低，现场取样测定得到煤层f 值介于0.3～0.6，煤层呈粉状分布，局部呈块状、粒状。30607 运输巷沿着6#煤层底板掘进，设计掘进距离1 806 m，巷道顶板、巷帮均为煤层。30607 运输巷支护采用锚网索方式，现场监测发现巷道顶板岩层存在一定离层，巷帮变形量较大。在巷道顶板上方2.0 m（浅基点）、6.0 m（中基点）、8.0 m（深基点）布置的测点对顶板离层情况进行监测，同时在距离巷帮1.5 m（浅基点）、3.5 m（中基点）、6.0 m 深基点）距离布置测点对巷帮变形进行监测，具体监测获取巷道围岩变形，如图1 所示。

从图1 中看出，巷道顶板岩层离层量以及巷帮变形量较大，同时巷道围岩变形未出现明显收敛迹象。需要对巷道围岩支护方案进行针对性设计，从而确保围岩稳定。

图1 原支护方案巷道围岩变形曲线

2 强效锚固技术现场应用

2.1 巷道支护参数设计

对30607 运输巷使用的锚杆进行拉拔测试，发现受到巷道围岩松软、裂隙发育等因素影响，锚杆以及锚索锚固力均较低，特别是巷道帮部锚杆锚固力更低。因此，针对巷道围岩特征以及锚杆索锚固力偏低情况，采用强效锚固技术对提高围岩支护效果具有重要意义。现场分析发现巷道锚杆索锚固效果不佳的主要原因是锚固剂混合不均匀，为此采用锚固剂混合结构提高锚固剂混合效果。

在使用时将混合结构布置在锚杆、锚索顶端，提高锚固剂锚固效果。现场对锚索使用锚固剂混合结构前后锚固效果进行考察，具体结构，如表1 所示。

表1 锚索拉拔效果

从表1 看出，在锚索端部增加布置锚固剂混合结构后锚索锚固力得以有效增加，其中顶板锚索、巷帮锚索锚固力较使用前分别增加28.3%、25.2%。表现在破碎围岩锚网索支护时采用锚固剂混合结构可有效提高锚杆索锚固效果。

根据巷道锚索拉拔试验结果、巷道围岩变形情况以及煤层赋存情况，为提高巷道锚网索支护效果，确保后续使用安全，对巷道支护参数进行优化，具体巷道支护设计，如图2 所示。

图2 巷道支护设计断面图（单位：mm）

现场支护时锚杆以及锚索端头均安装锚固剂混合结构，锚杆采用2 支K2350 锚固剂锚固，有效锚固长度控制在700 mm 以上；锚索采用3 支K2350 锚固剂锚固，有效锚固长度控制在1 050 mm 以上巷道支护完成后对顶板离层情况进行检查，发现顶板上方6 m～8 m范围内岩层离层量较小，岩层稳定，因此相对于巷道原支护参数通过增加锚索长度以及锚固长度、提高锚固强度可达到降低围岩变形量目的；同时新支护方案在巷帮帮角位置增加锚索，增加巷帮支护强度，达到降低巷帮变形目的。

2.2 围岩控制效果分析

为考察巷道支护方案围岩控制效果，在巷道内布置测点监测顶板、巷帮变形情况，具体变形监测结果，如图3 所示。

从图3 中看出，通过对巷道支护参数进行优化，并在支护用锚杆、锚索顶端增加锚固剂混合结构并增加锚杆、锚索锚固长度后，巷道顶板岩层离层量以及巷帮位移量均有较原支护方案大幅降低。监测期间发现顶板累积离层量为75 mm、巷帮变形为48 mm，围岩变形量较小，同时在巷道围岩变形监测结束时，巷道顶板离层以及巷帮变形基本稳定。

图3 支护优化后巷道围岩变形曲线

3 结论

1）山西某矿30607 运输巷沿着松软的煤层底板掘进，巷道围岩为松软破碎煤层，巷道原采用锚网索支护方案，受到锚杆、锚索锚固效果差，锚索长度小、围岩松软且裂隙发育等因素影响，巷道围岩变形量整体较大，在一定程度上影响30607 运输巷后续使用。

2）在分析制约巷道围岩控制效果因素基础上，提出增加顶板锚索长度并在巷帮增加锚索；在锚杆及锚索端部均布置锚固剂混合结构，通过增加锚固剂混合效果来提高锚固力，同时增加锚杆及锚索锚固长度，将锚杆、锚索有效锚固长度分别增加至700 mm、1 050 mm。

3）现场应用后，30607 运输巷顶板岩层离层量控制在75 mm 以内、巷帮变形控制在48 mm 以内，围岩变形量较小，实现了松软破碎煤巷围岩的有效控制。