回采巷道注浆锚索加固机理及支护优化的实践

王 伟

（山东华源矿业集团有限公司友众煤业，山东 新泰 271200）

1 概况

友众煤业3#煤层厚度为1.33～2.78 m，平均厚度2.16 m；含1～2 层夹矸，夹矸厚度为0.24～0.56 m，平均厚度0.39 m；煤层倾角为3°～12°，平均倾角8°。30104 工作面运输巷位于+1085 m 水平一采区，存在断层、仰采、伪顶破碎、顶板淋水、煤壁松软等难点，30104 运输巷在掘进过程中预计揭露F59、F92 断层，巷道布置情况如图1。

图1 30104 工作面运输巷道布置平面图

3#煤顶板为砂质泥岩、泥岩，内生节理发育，易冒顶，顶板较难管理，平均厚度23.92 m；底板为泥岩和砂质泥岩，性脆，节理发育，平均厚度5.85 m。泥岩顶板抗压强度27.6～90.7 MPa，整体强度不太高；底板抗压强度64.1～74.2 MPa，整体强度偏低。顶板来压时强度较低部分顶板容易发生破坏，进而造成整个顶板失稳。

30104 运输巷长度为1 625.7 m，为矩形断面，断面宽度× 高度=4.5 m×3 m。掘进过程中受30215 工作面采动应力及断层影响，巷道在520～570 m 之间的区域段顶板出现的离层和破碎问题较为严重，必须要对巷道原来的支护进行优化和加固。

2 巷道原支护方式

30104 运输巷为半煤岩巷掘进，采用“锚杆+锚索+钢筋网+梯子梁+金属棚子”联合支护，方案为：

（1）顶板。顶板采用“锚杆+锚索”支护，每排布置3 根锚杆+3 根锚索。锚杆规格为Φ20 mm×2200 mm 左旋螺纹钢锚杆，间排距为800 mm×1000 mm，每孔使用CKa2350 型和ck2360 型锚固剂各一卷；锚索规格为Φ21.6 mm×6500 mm钢绞线，每根锚索使用2 卷CK2360 的树脂锚固剂端头锚固，间排距800 mm×1000 mm，锚索托盘为300 mm×300 mm×15 mm 的Q235 钢板。

（2）两帮。两帮采用“锚杆+梯子梁+铁公网”永久支护，每排每帮布置3 根。锚杆规格为Φ20 mm×2200 mm 左旋螺纹钢锚杆，间排距为1000 mm×1000 mm，每孔使用CKa2350 型和ck2360 型锚固剂各一卷，每排最上1 根锚杆与顶板的距离设置为300 mm。30104 工作面运输巷道原支护方式如图2。

图2 30104 运输巷道原支护方式示意图（mm）

3 注浆锚索加固机理

中空注浆锚索由中空锚杆体、托盘、索具、锚头、止浆塞、螺母等部件组成 ，采用螺旋肋预应力钢丝加工而成。中空注浆锚索对破碎围岩巷道的加固机理如下：

（1）网络骨架作用。注浆加固施工过程中，浆液挤压或渗透至煤岩体裂隙中，浆液在煤岩体裂隙中固结后组成了网络骨架，起到了加固作用。

（2）黏结补强作用。巷道在掘进过程中破坏了原煤岩体的应力平衡，巷道围岩应力重新调整，浆液在煤岩体裂隙中固结后的黏结补强作用有效地提高了巷道围岩的稳定性。

（3）对巷道围岩形成的压密作用。注浆浆液可充填至封闭裂隙和孔隙，对煤岩体起到压密作用，提高巷道围岩的稳定性。

（4）中空注浆锚索与锚网索联合支护方案可有效提高巷道稳定性，提高支护效果。

4 注浆锚索加固巷道优化方案

4.1 优化支护方案

基于30104 运输巷顶板地质条件分析，在30104 运输巷原有支护方式基础上，对其进行中空注浆锚索加固优化支护方案设计[1-6]，如图3。

图3 30104 运输巷优化支护方案示意图（mm）

中空注浆锚索确定选用Φ22 mm×7300 mm，锚索托盘规格为300 mm×300 mm×16 mm，锚固剂选用MSZ2835。在巷道原支护每2 排锚杆中间位置打设注浆锚索，间排距1600 mm×2000 mm，距巷道中心线距离800 mm，锚索长度7300 mm。

4.2 注浆施工流程与工艺分析

注浆施工的流程和工艺：

（1）采用顶板锚杆钻机按间排距1600 mm×2000 mm 钻注浆锚索钻孔。

（2）压风扫孔。打完注浆锚索钻孔后，对孔内泥水和岩煤粉进行清理。

（3）安装注浆锚索及止浆塞。给打好的注浆锚索钻孔内装入锚固剂→装入2 卷MSZ2835 树脂锚固剂→启动锚杆机将锚固剂顶入孔底→搅拌15～25 s →锚杆机落下、退出锚杆机→钢绞线外露150～250 mm →距锚索端头300 mm 位置安装止浆塞。

（4）安装锚索托盘张拉预紧，预紧力≥180 kN。

（5）安装球形阀及注浆管。根据注浆孔深度安装已准备好的注浆管，注浆管安装前要用棉纱缠在马牙扣上，用打管器把注浆管打牢、固定好。注浆管安好后，先安球形阀，再安四通及卸压阀，最后连接注浆管。

（6）注浆管路连接好后，打开其他注浆管阀门，开始注浆。根据进浆情况，注意注浆压力，串浆立即关闭该孔阀门，达到设计注浆压力，即可停止注浆。关闭注浆阀门时，打开卸压阀，冲洗注浆泵。

（7）注浆完毕后必须开启注浆泵上的卸压球阀，待注浆管路内压力释放后，卸下注浆器，将丝堵拧紧上牢。

5 效果分析

为有效检验30104 运输巷顶板注浆锚索加固支护优化后的效果，在30104 运输巷原支护方式巷道内布置测站1，在注浆锚索加固支护优化后巷道内布置测站2，观测时间设置为80 d，对注浆锚索加固支护优化后的支护效果进行对比分析。如图4。从图4 分析可知：30104 运输巷原支护方式巷道内顶板最大下沉量为273 mm，两帮最大移近量为76 mm，在注浆锚索加固支护优化后巷道顶板最大下沉量17 mm，两帮最大移近量58 mm，减小幅度达到93.8%；两帮移近量从76 mm 减小至58 mm，30104 运输巷顶板变形量降低后，也提高了两帮稳定性。

图4 测站1 和测站2 巷道围岩变形量