掘进巷道应力区支护技术

卢 义， 张安慎

（1.山西王家岭煤业有限公司， 山西 忻州 036600；2.晋能控股山西科学技术研究院有限公司， 山西 太原 030006）

1 18105 工作面概况

18105 工作面为王家岭煤业第3 个回采工作面，东部为已回采的18103 采空区，西部为待采的18107实体煤。工作面采用“两进一回”布置，胶带和辅运顺槽间净煤柱为30 m，辅运顺槽留下复用，作为18107工作面回风顺槽。

18105 辅运顺槽与18105 胶带顺槽间留30 m 煤柱，18105 辅运顺槽沿煤层底板掘进，掘进宽度5.5 m，掘进高度4.2 m（铺底0.2 m），掘进面积23.1 m2，采用锚杆锚索支护。巷道掘进煤层为8 号煤层，煤厚6.5～8.60 m，煤层倾角6°，采煤方法为综采放顶煤，采高3.5 m，放高4 m 左右。煤层绝大部分含2～3 层夹矸。煤层上方伪顶厚0～0.5 m，为碳质泥岩；伪顶上方为泥岩直接顶，厚度2～3 m。直接顶上方为厚层完整砂岩老顶，厚度超过20 m。煤层属自燃煤层，煤尘有爆炸危险性[1-2]。

2 巷道支护现状

2.1 原支护设计

1）顶板采用型号为25MnSi 高强度左旋螺纹钢锚杆，锚杆长度为2.4 m、直径为22 mm，每排布置7 根，锚杆间距、排距为0.8 m、1.0 m，同一排锚杆外露端安装一根Φ16 mm 圆钢加工而成的钢筋梯梁，长度为5.2 m，宽度为150 mm，钢筋梯梁上布置7 个锚杆支护孔，且安装在顶网下方。

2）顶板锚索采用19 股高强度钢绞线，钢绞线长度为8.3 m、直径为22 mm，锚索锚固长度为1.5 m，顶板每排布置3 根锚索，锚索间距为2.0 m、排距为3.0 m，锚索外露端安装一块钢号不低于Q235 穹形托盘。

3）网片采用Φ6 mm 圆钢加工而成，网格100 mm×100 mm，搭接100 mm，网片连接方式采用14 号铁丝联结，双丝双扣，绑扎间距200 mm。

4）帮锚索采用Φ22 mm×6 300 mm 高强度锚索，19 股钢绞线，仅布置在非回采帮侧，锚索排距1 600 mm，每排1 根，布置在锚杆排中间，不得占用锚杆位置。距掘进底板2 200 mm，与巷道表面垂直[3]。

2.2 巷道掘进现状

18105 辅运顺槽掘进地质条件比较复杂，巷道东部为18103 采空区，西部为18107 实煤区，而根据物探显示，18105 辅运顺槽900～1 200 m 段西部存在两条陷落柱，间距为27 m，陷落柱对巷道影响长度预计为175 m，受采空区以及集中应力影响，巷道在掘进期间围岩稳定性差，采用锚杆（索）支护时围岩控制效果差。

自2020 年1 月底开始，18105 辅运顺槽900～1 100 m段开始出现变形，以底鼓为主，至3 月底底板硬化块翘起最高有1 m。从起底后两帮鼓出底板岩层看，实际底鼓量在500 mm 左右，4 月初起底后再未出现底鼓。巷宽最窄处5 m 左右。顶板有下沉，有10 根左右锚索出现锁具下滑，18105 辅运顺槽变形段顶板离层状况见表1。

表1 18105 辅运顺槽变形段顶板离层状况

由表1 可见，深部离层远大于浅部离层，巷道变形主要发生在锚杆锚固区上方。同样锚杆锚索受力监测能很好验证这点。850 m 和950 m 两处锚索受力仍未稳定，900 m 和1 000 m 锚索受力基本稳定，1 050 m和1 100 m 两处锚索受力超过测力计量程400 kN。锚杆受力均维持在100 kN 左右。

2.3 巷道变形原因分析

1）巷道支护效果差：原巷道顶板主要采用锚杆（索）支护，而受集中应力影响，巷道顶板出现断裂破碎，顶板裂隙发育，顶板采用锚杆（索）支护时主要通过施工钻孔，利用锚固剂实现锚杆（索）锚固作用，当顶板出现破碎后，支护钻孔孔壁出现裂纹，钻孔壁不完整，导致锚固剂搅拌后锚固剂无法稳定黏接在孔壁岩体上，导致锚杆（索）锚固失效现象，当顶板出现下沉后锚杆（索）很容易出现破断。

2）集中应力影响：由于巷道受东部采空区残余应力以及南部陷落柱构应力等集中应力影响，巷道围岩出现严重失稳现象，主要表现为顶板下沉、断裂以及两帮收缩等。

3 巷道应力区加强支护技术

为了提高18105 辅运顺槽900～1 200 m 段应力区顶板整体稳定性，在不破坏原永久支护的前提下，决定对围岩采取“注浆锚索+JW 型锚索钢棚+L 型钢带”联合加强支护技术。

3.1 注浆锚索支护

1）支护原理：注浆锚索支护属于注浆支护的一种，但是传统注浆支护工艺主要对注浆区施工钻孔，然后安装注浆管，采用注浆泵进行高压注浆施工，该方法注浆时存在以下几方面缺陷：顶板破碎严重采用单一注浆支护施工时，注浆孔施工难度大、注浆效果差；传统注浆施工时顶板布置注浆孔数量多，受钻孔扰动破坏影响，顶板破碎力度加剧；而注浆锚索支护主要对顶板先安装注浆锚索，实现对注浆区不稳定围岩初步进行控制，防止下沉，然后对注浆锚索进行注浆施工，即实现了对围岩进行注浆加固作用，又实现了锚索的全锚支护作用，该支护技术具有支护工序简单、支护质量好等优点[4]。

2）注浆锚索结构：注浆锚索长度为4.5 m、直径为30 mm，锚索中部为中空状，注浆锚索主要由托盘、锚索体、止浆塞、刚性注浆管、柔性注浆管、金属膨环、主出浆孔、辅助出浆孔以及楔头芯杆等部分组成，如图1 所示。

图1 中空注浆锚索结构示意图

3）支护工艺：注浆锚索代替传统预应力锚索，每排布置3 根，注浆锚索布置间距为2.0 m，注浆锚索锚注后对外露端安装一块拱形托盘；注浆锚索安装后在其中部安装注浆软管，并在锚索端头安装止浆塞，将注浆软管另一端与注浆泵连接，然后进行注浆施工。

3.2 JW 型锚索棚支护

1）注浆锚索施工完后对顶板施工JW 型锚索棚进行补强支护，JW 型钢棚主要由JW 型钢梁、恒阻锚索、锁具等部分组成；其中JW 型钢梁长度为5.0 m，钢梁宽度为0.35 m，厚度为5 mm，钢梁横截面成“JW”型，如图2 所示。每根钢梁配套3 根长度为6.0 m、直径为22 mm 的恒阻锚索，锚索间距为2.0 m。

图2 JW 型锚索棚剖面示意图

2）首先在顶板施工三个锚索支护孔，孔间距为2.0 m，锚索钻孔深度为6.0 m、直径为25 mm，锚索施工完后在其外露端安装JW 型钢梁，并采用锁具进行预紧；JW 型锚索棚布置排距为3.0 m。

3.3 L 型钢带支护

由于传统护帮支护无法对巷道肩角煤柱进行有效支护，导致肩角煤柱很容易出现垮落，所以决定对巷帮与顶板之间施工L 型钢带。

1）18105 辅运顺槽施工的L 型钢带短边长度为0.6 m、长边长度为1.0 m，短边及长边中部各焊制一个直径为25 mm 支护孔，L 型钢带宽度为0.28 m。钢带长边安装在巷帮上，短边安装在顶板上。

2）首先在顶板及巷帮处各施工一个锚杆支护孔，其中顶板孔距巷帮间距为0.3 m，巷帮孔距顶板间距为0.5 m，顶板及巷帮分别采用两根长度为1.5 m、直径为20 mm 锚杆进行固定。

4 结语

18105 辅运顺槽应力区围岩采取联合支护技术后，对应力区及两帮安装围岩变形监测系统，通过10 d 现场观察发现，采取两个支护技术后无法实现完全围岩变形控制的目的，但是围岩整体变形量大大减小，实测顶板下沉量为0.15 m，两帮收敛量为0.24 m，下沉速度大大降低，保证了巷道掘进安全，取得了显著应用成效。