蠕动变形围岩联合支护及应用效果

2023-10-20 89 上传者：管理员

摘要：为了防止王家岭煤矿18109预抽巷兼作回风顺槽期间受二次采动影响，围岩出现不连续破碎、断裂现象，对原顶板采取锚杆支护，并提出了“注浆锚索+双梁钢棚”联合加强支护技术。通过实际应用效果来看，工作面在后期回撤过程中大大降低巷道围岩二次采动影响，围岩收敛、底鼓现象得到了有效控制，取得了显著应用成效。

关键词：
巷道变形
梯形梁棚
注浆锚索
锚杆支护
高应力区
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1、18109工作面概况

王家岭煤业18109预抽巷位于一采区北翼，地面标高+1 033.8～+1 137.6 m，井下标高+569～+595 m，在集中辅运巷FD5点东43.798 m处向北开口形成18109预抽巷，东部35 m为18109工作面胶带顺槽，西部为设计的18111回采工作面，北部为井田边界，南部为三条大巷。

18109预抽巷设计全长2 996 m（平距），矩形断面，掘进宽度5.5 m、高度4.0 m，断面面积22 m2，巷道前期作为18109工作面预抽巷服务于18109瓦斯抽放，后期作为18111工作面回风顺槽，后期工作面在回采过程中产生的采动应力对预抽巷围岩会产生不同程度的破坏[1]。

18109工作面胶带预抽巷沿4号煤层底板掘进，根据前期施工的W303、W403、W602钻孔及正在掘进的18109胶带顺槽煤厚资料分析，预计该顺槽煤层由南向北逐渐变厚，全煤厚7.73～8.34 m，平均8.04 m，净煤厚6.58～8.04m，平均7.31m，抗压强度15～20 MPa，煤体中硬。一般含夹矸3～4层，多以砂质泥岩、碳质泥岩为主，掘进段破底0.2～0.6 m[2]。煤层局部裂隙较发育，裂隙基本延南北展布。

2、巷道永久支护设计

18109预抽巷顶板及巷帮决定采用“锚杆+钢绞线锚索+钢筋网”等永久支护技术。

2.1 顶板锚杆支护

1）顶板锚杆采用规格为Ф22 mm×2 400 mm左旋螺纹钢，顶锚杆钻孔深度2.35 m，顶板每排施工6根锚杆，锚杆布置间距为0.9 m、排距为1.0 m，两侧处锚杆与巷帮间距为0.25 m，且分别向两帮倾斜约15°，其余锚杆垂直顶板布置。

2）梯子梁采用16号圆钢焊接，宽度80 mm、长度5.2 m，间距1.0 m，与顶锚杆配套使用；锚杆托盘厚度为10 mm穹形锚杆托盘，规格为150 mm×150 mm×10 mm，配套相应调心球垫和减摩垫圈。

2.2 顶锚索支护

1）顶锚索材料：采用规格为Ф21.8 mm×8 300 mm钢绞线，由于回风顺槽沿4号煤层底板托顶煤掘进，受到煤层厚度变化的影响，锚索长度根据岩性探测具体确定，锚固段须进入稳定岩层不少于1 m，钻孔深度8.1 m。锚索排距2.0 m，每排4根，间距1.2 m，距巷帮0.85 m垂直顶板对称布置。

2）锚索托盘：采用规格为300 mm×280 mm×14 mm的W型锚索托盘，厚度14 mm，配套调心球垫和减磨垫片；并采用规格BHW-280-4 200-4 mm的W型钢带，厚度4 mm，与顶锚索配套使用。

2.3 钢筋网支护

1）顶板网铺设直径为6 mm圆钢编制而成的钢筋网；回采帮网片与煤柱帮网片均采用10号铁丝菱形金属网，网孔规格50 mm×50 mm；网片搭接宽度为100 mm，用14号铁丝联接，每隔200 mm联网两道，孔孔相连、双丝双扣、绑扎牢固，呈两排“三花”布置，拧结量不得少于3圈，网片要铺平，铺展紧贴顶帮[3]。

2）巷道每施工100 m施做一段长度为1 m的全断面（顶板和两帮）塑料网作为间隔段，塑料网采用HBP200，材料特性要求颜色统一为黑色；摩擦不产生静电；阻燃性能良好；防腐蚀、抗老化能力强；承载力不得低于2～4 t/m2。

3、巷道加强支护技术

为了有效防止二次采动对围岩产生破坏现象，巷道永久支护后对工作面回采前30 m范围内采取“注浆锚索+梯形顶梁钢棚”联合支护。

3.1 注浆锚索支护

3.1.1 中空注浆锚索特点

1）与传统实芯锚索相比中空注浆锚索可实现锚索锚固与注浆协同支护作用，在施工过程中具有简化注浆、锚索支护工序，缩短支护时间，减少支护孔数量等优点；同时注浆锚索可根据围岩受压情况设计成不同长度，支护过程中受空间、围岩力学性质等限制小。

2）中空注浆锚杆在支护时先实现锚索对围岩的悬吊、支护拱（梁）支护，然后实现注浆加固作用，同时注浆加固过程中弥补了单锚索支护的不足，注浆过程中能够快速对孔壁裂隙岩体进行充填加固，并对锚索起到全长加固作用，从而保证施加的预应力能够稳定连续的传递至围岩中。

3.1.2 中空注浆锚索结构及技术参数

1)18109预抽巷顶板施工的中空注浆锚索长度为8.3 m、直径为30 mm，注浆锚索主要由止浆塞、注浆管、出浆口、金属膨胀环、楔头芯杆等部分组成，如图1所示。

2）中空注浆锚索材质强度等级为1 670 MPa，索体破断力不低于420 kN，中空注浆管内径为6 mm、外径为10 mm，注浆压力为5～12 MPa。

图1 18109预抽巷顶板施工的中空注浆锚索结构示意图

3.1.3 注浆材料

18109预抽巷顶板注浆材料使用525号普通硅酸盐水泥浆，添加少量水玻璃，制成水泥-水玻璃混合单液浆。

在进行注浆液制作时先进行水泥浆液制作后添加水玻璃，水玻璃添加前需对其浓度进行调制；根据对注浆区围岩裂隙发育程度观察，18109预抽巷顶板注浆后必须确保注浆渗透半径在0.5～1.2 m范围内，所以浆液浓度必须适宜，水灰质量比为0.5∶1.0，水玻璃与水泥质量比为1∶50；水玻璃浓度为45波美度，模数为3.1[4]。

3.1.4 施工工艺

1）首先在巷道顶板施工注浆锚支护孔，支护孔每排施工2个，布置间距为2.4 m、排距为2.0 m，采用锚杆钻机，Φ32 mm钻头，B19 mm中空六角钢钎联合施工。

2）注浆锚索锚固后将注浆软管与注浆泵进行连接，注浆时先选用0.5～1 MPa的注浆压力，当注浆一段时间后可逐渐增大注浆压力，最高不超过6 MPa[5]。

3.2 双梁钢棚支护

为了进一步提高18109预抽巷巷帮煤柱支撑强度，超前应力区围岩采取注浆锚索支护后，架设双梁钢棚支护。

1）双梁钢棚支护主要双顶量、棚腿、连接杆等部分组成，棚腿爱用11号工字钢梁焊制而成，顶梁采用12号槽钢焊制而成，顶梁长度为4.5 m、宽度为0.5 m，主要由两根槽钢和三根横梁组成，如图2所示。

2）横梁采用11号工字钢制成，在横梁中部焊制一块连接板，长度为0.3 m、宽度为0.2 m，连接板四周焊制4个直径为28 mm卡缆固定孔；纵梁上同样焊制3块连接板。

3）棚腿长度为3.3 m，在棚腿两侧各焊制两个圆环，圆环布置间距为2.0 m，钢棚安装间距为1.5 m，钢棚安装后相邻两架棚腿之间采用两根连接杆进行连接。

4）安装时先安装棚腿后安装顶梁，顶梁与棚腿安装时采用两道卡箍进行紧固，钢棚安装后必须保证顶梁与顶板接触严实，当工作面回采至距第一架钢棚2.0 m时，及时拆除第一架钢棚并进行前移。

图2 18109预抽巷应力区支护示意图（单位：mm)

4、实际应用效果分析

截止2021年7月18109工作面已回采结束且密闭，18111工作面已回采150 m，工作面回采期间通过对18109预抽巷围岩变形情况进行观察发现以下情况。