2319 底抽巷破碎顶板注浆锚索加固技术应用

李晓奎

（山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司赵庄煤业，山西 长治 046600）

巷道顶板破碎的问题长期以来一直制约着掘进巷道施工效率。造成巷道顶板破碎的原因众多，尽管已有诸多学者[1-3]针对破碎顶板巷道施工技术进行研究，但由于煤矿地质条件差异较多，目前尚未存在一套适用于不同破碎顶板施工条件下的工艺。赵庄煤矿2319 底抽巷巷道埋深大、周围岩体强度较低，造成2319 底抽巷在原支护状态下顶板较为破碎。

1 工程背景

2319 工作面底抽巷平均埋深730 m，巷道沿3#煤层底板掘进。3#煤层平均煤厚5 m，平均倾角3°。煤层基本顶为细砂岩，厚5.7 m；直接顶为泥岩，厚度2.3 m；直接底为泥岩，厚1.1 m；基本底为粉砂岩，厚度4.5 m。2319 工作面底抽巷净宽4.0 m，净高3.1 m，净断面积12.4 m2。巷道采用锚网索联合支护，顶板采用Ф22 mm 左旋无纵筋螺纹钢锚杆，锚杆长度2.4 m，间排距为1300 mm×1300 mm；锚索采用Ф22 mm 高强度低松弛钢绞线剪切而成，长度5300 mm，每排一根；帮部采用Ф18 mm 左旋无纵筋螺纹钢锚杆，锚杆长度2 m，锚杆间排距为1800 mm×1300 mm。

2 巷道破碎原因分析

（1）高地应力

2319 底抽巷巷道平均埋深730 m，岩体地应力高达32.8 MPa，地应力以构造应力为主，在掘进过程中隐伏性小断层、陷落柱等可能存在，造成顶板破碎，支护困难。

（2）煤岩体自身强度较弱

2319 底抽巷沿3#煤层底板掘进。3#煤层顶板为泥岩，普氏系数2.3～3.0，岩性软弱，造成巷道顶板破碎。

（3）支护体失效

2319 底抽巷顶板锚杆4 根，锚索仅1 根，且锚索钢绞线长度为5.3 m。分析认为2319 底抽巷巷道支护体已逐步失效，加剧了顶板破碎现象。

3 注浆锚索加固技术参数确定

3.1 优化支护参数

根据新奥法围岩支护理论，采用深部高压注浆的方法，旨在粘结破碎、裂隙、节理发育的岩层，使之成为一个整体，同时在简化注浆工艺的前提下，降低注浆成本。拟确定在原有巷道支护参数基础上，将顶板锚索由一根变为三根，两侧补打的锚索为注浆锚索，锚索间排距调整为1200 mm×1200 mm，锚杆间排距调整为1200 mm×1200 mm，同时将外侧两根锚杆调整为斜锚杆，偏转角为10°，其他参数不变；帮部在原有支护基础上，在锚杆中间补打一根锚索，锚索参数与顶锚相同，帮锚杆间排距调整为1200 mm×1200 mm。

3.2 注浆锚索施工工艺

（1）钻孔施工工艺

使用单体锚杆钻机在顶板中部进行布孔，孔间距为每排1.2 m，采用Ф30 mm 金属钻头进行施工。考虑锚索长度为5.3 m，布置深度为5.3 m 的锚索钻孔，误差不超过50 mm，钻孔内部与巷道顶板表面垂直，误差不超过10°。打孔时需注意，在施工过程中，如顶板破碎围岩较多，则需先清理破碎围岩，后继续施工。

（2）封孔工艺

第一阶段封孔过程中，应先对注浆锚索缠绕纱布，即在锚索尾部400 mm 处缠绕厚度为5 mm 的纱布，缠绕长度约400 mm。缠绕纱布示意图如图1。

图1 缠绕纱布示意图

纱布缠绕完成后，用锚杆钻机将两支Z2360 树脂锚固剂送至孔底，用锚杆机搅拌使之初凝结。在锚索与树脂锚固剂凝结完成后，在锚索尾部与锚索孔留有缝隙处采用纱布封堵，之后安装止浆塞与托盘，同时施工预紧力，保证止浆塞与纱布完全塞紧。

3.3 注浆材料及参数

采用硅酸盐水泥与水的比例为2:1，并配合8%水泥添加剂，425#普通硅酸盐水泥，水泥添加剂为ACZ-I。考虑2319 底抽巷实际地质情况及浆液渗透范围等诸多因素，确定注浆压力4～5 MPa，当注浆表示数达到5 MPa 后即认为注浆完成。

4 工程试验

在2319 底抽巷开口800 m 处选取一段长度为100 m 的试验段巷道，在试验段巷道内部布置4 个测站，同时在巷道未进行补强支护的部分设立测站1 个，对巷道进行矿压监测。测站布置方式如图2。

测站布置完成后，对巷道表面位移进行观测，变化曲线如图3。由图3（a）可知，在观测期间范围内，在原支护状态下，巷道最大顶板移进量达到313 mm；而进行补强支护后，试验段巷道最大顶板移进量为205 mm。由图3（b）可知，在观测期间范围内，原支护状态下，巷道最大两帮移进量达到250 mm；而进行补强支护后，试验段巷道最大两帮移进量为162 mm。巷道变形明显减小，补强支护取得了良好的效果。

图2 测站布置方式示意图

图3 顶板和两帮移进量变化曲线图

5 结论

（1）2319 底抽巷顶板破碎主要受高地应力、岩体自身软弱、支护体失效等原因影响。

（2）采用注浆锚索的方法对2319 底抽巷顶板进行加强支护，在监测时间范围内，巷道顶板移进量为205 mm，两帮移进量为162 mm，巷道断面成型效果好，顶板完整，取得了良好的效果。