石曉建

（山西西山煤電股份有限公司鎮(zhèn)城底礦， 山西 古交 030203）

引言

影響煤礦安全的因素眾多，以通風(fēng)效果、礦井水治理效果、支護(hù)效果等最為重要。對于煤礦支護(hù)而言，除了必須的液壓支架支護(hù)外，還需根據(jù)工作面地質(zhì)、水文以及煤層等條件的不同，合理選擇支護(hù)方案，實(shí)現(xiàn)對井巷圍巖穩(wěn)定性的控制[1]。松軟煤層回采巷道的支護(hù)中采用普通錨桿+錨索聯(lián)合支護(hù)方式存在錨桿錨索破斷的問題，導(dǎo)致其實(shí)際生產(chǎn)中存在極大的安全隱患。為此，本文針對松軟煤層采用注漿錨索支護(hù)的方式實(shí)現(xiàn)對井巷的強(qiáng)化支護(hù)。

1 工程概況

本文以中煤集團(tuán)下屬的柳林煤礦為例開展相關(guān)研究，該煤礦目前可供開采的煤層包括有2 號、3號、4 號等7 個煤層。其中，2 號煤層屬于松軟煤層，本文將以2 號煤層為例開展注漿錨索支護(hù)在其應(yīng)用效果的研究工作。2 號煤層對應(yīng)的煤層傾角較小，且對應(yīng)煤層平均厚度為3.5 m；考慮到工作面井巷頂板和兩幫的變形量及錨桿支護(hù)的外露長度，該煤層所屬巷道的形狀為矩形，對應(yīng)巷道寬度為4.1 m，巷道高度為3.5 m。本文重點(diǎn)研究注漿錨索支護(hù)對綜采工作面井巷的強(qiáng)化支護(hù)效果，故需掌握2 號煤層工作面的頂板特性，如表1 所示。

2 號煤層所屬工作面的走向長度為650 m，其中傾斜工作面的長度為243 m；2 號煤層的的最大傾角為22°，最小傾角為11°。經(jīng)探測，2 號煤層所屬工作面在正常開采時的涌水量為15 m3/h，最大涌水量可達(dá)50 m3/h。2 號煤層井巷在當(dāng)前支護(hù)條件下存在兩幫移近并鼓出，且底鼓較大，錨桿錨索被拉斷且巷道變形嚴(yán)重，具體表現(xiàn)為如下幾點(diǎn)：

1）2 號煤層工作面圍巖變形速率大，變形量較大且變形持續(xù)時間較長；

表1 2 號煤層工作面頂板巖層參數(shù)

2）2 號煤層工作面底鼓量較大，導(dǎo)致井巷兩幫出現(xiàn)片幫現(xiàn)象，繼而導(dǎo)致頂板下沉；

3）2 號煤層工作面塑性變形明顯，錨桿錨索的應(yīng)力值較大，設(shè)置導(dǎo)致錨桿、錨索被拉斷[2]。

經(jīng)分析導(dǎo)致2 號煤層工作面出現(xiàn)上述問題的因素包括有：本身2 號煤層所屬井巷的圍巖特性較差，容易破碎且風(fēng)化；當(dāng)前支護(hù)方案的整體性較差，支護(hù)強(qiáng)度不足以支撐頂板覆巖的壓力；礦井水通過裂隙深入井巷中，使得井巷頂板和兩幫的強(qiáng)度江都，繼而導(dǎo)致兩幫出現(xiàn)片幫，頂板出現(xiàn)下沉的問題。

2 注漿錨索支護(hù)參數(shù)的設(shè)計(jì)

為解決2 號煤層所屬井巷在實(shí)際開采中出現(xiàn)的由于支護(hù)不利所導(dǎo)致的頂板下沉、兩幫片幫、圍巖穩(wěn)定性不佳等問題，本文采用注漿錨索支護(hù)對2 號工作面進(jìn)行強(qiáng)化支護(hù)。從理論上分析，注漿錨索支護(hù)具備預(yù)應(yīng)力錨桿的支護(hù)特點(diǎn)，采用注漿方式可提升工作面圍巖的整體性能。在理論計(jì)算的基礎(chǔ)上，得出2號煤層工作面注漿錨索支護(hù)的相關(guān)參數(shù)具體如下所示。

2.1 頂板支護(hù)

頂板采用直徑為20 mm，長度為2.2 m 的左旋螺紋鋼錨桿進(jìn)行支護(hù)，錨桿的間距為700 mm，錨桿排間距為700 mm；所采用錨索的直徑為17.8 mm，長度為7.3 m，錨索間距為1 000 mm，錨索排間距為1 400 mm。

對應(yīng)頂板的注漿錨索強(qiáng)化支護(hù)參數(shù)為：在上述錨桿+錨索聯(lián)合支護(hù)的基礎(chǔ)上，采用直徑為22 mm，長度為7.3 m 的中空注漿錨索進(jìn)行強(qiáng)化支護(hù)，錨索間距為2 100 mm，錨索排間距為2 800 mm，補(bǔ)強(qiáng)錨索為兩排。

2.2 低幫支護(hù)

低幫采用直徑為20 mm，長度為2.4 m 的左旋螺紋鋼錨桿進(jìn)行支護(hù)，錨桿的間距為700 mm，錨桿排間距為700 mm；所采用錨索的直徑為17.8 mm，長度為4.3 m，錨索間距為1 000 mm，錨索排間距為1 400 mm。同時，鋪設(shè)金屬網(wǎng)和塑料編織網(wǎng)以強(qiáng)化支護(hù)。

對應(yīng)低幫的注漿錨索強(qiáng)化支護(hù)參數(shù)為：在上述錨桿+錨索聯(lián)合支護(hù)的基礎(chǔ)上，采用直徑為22 mm，長度為4.3 m 的中空注漿錨索進(jìn)行強(qiáng)化支護(hù)，錨索間距為1 400 mm，錨索排間距為2 800 mm，補(bǔ)強(qiáng)錨索為兩排。

2.3 高幫支護(hù)

高幫采用直徑為20 mm，長度為2.4 m 的左旋螺紋鋼錨桿進(jìn)行支護(hù)，錨桿的間距為700 mm，錨桿排間距為700 mm；所采用錨索的直徑為17.8 mm，長度為4.3 m，錨索間距為1 000 mm，錨索排間距為1 400 mm。

對應(yīng)低幫的注漿錨索強(qiáng)化支護(hù)參數(shù)為：在上述錨桿+錨索聯(lián)合支護(hù)的基礎(chǔ)上，采用直徑為22 mm，長度為4.3 m 的中空注漿錨索進(jìn)行強(qiáng)化支護(hù)，錨索間距為1 400 mm，錨索排間距為2 800 mm，補(bǔ)強(qiáng)錨索為兩排。

2 號煤層對應(yīng)支護(hù)設(shè)計(jì)如圖1 所示。

圖1 注漿錨索強(qiáng)化支護(hù)示意圖（單位：mm）

3 注漿錨索支護(hù)在井巷支護(hù)中的應(yīng)用效果分析

本文將采用數(shù)值模擬和現(xiàn)場試驗(yàn)的手段對注漿錨索支護(hù)的支護(hù)效果進(jìn)行分析。

3.1 注漿錨索支護(hù)數(shù)值模擬研究

本節(jié)基于FLAC3D 數(shù)值模擬軟件對注漿錨索支護(hù)在2 號煤層工作面的支護(hù)效果進(jìn)行仿真分析。首先，結(jié)合2 號煤層工作面的井巷斷面尺寸建立數(shù)值模擬仿真模型，并根據(jù)該工作面煤層、巖層等地質(zhì)條件摩擦角、抗拉強(qiáng)度、容重等參數(shù)對模型進(jìn)行設(shè)置[3]。

3.1.1 井巷圍巖應(yīng)力情況

為驗(yàn)證注漿錨索支護(hù)對井巷圍巖應(yīng)力的控制效果，分別對普通錨桿+錨索支護(hù)和采用注漿錨索支護(hù)后的井巷的圍巖應(yīng)力進(jìn)行對比，對比結(jié)果如表2所示。

如表2 所示，采用注漿錨索支護(hù)后井巷的圍巖應(yīng)力分布更加均勻。

表2 普通支護(hù)和注漿錨索支護(hù)效果對比

3.1.2 井巷圍巖變形情況

為驗(yàn)證注漿錨索支護(hù)對井巷圍巖變形的控制效果，分別對普通錨桿+錨索支護(hù)和采用注漿錨索支護(hù)后的井巷的圍巖變形進(jìn)行對比，對比結(jié)果如表3所示。

如表3 所示，采用注漿錨索支護(hù)后井巷兩幫和頂?shù)装宓囊平棵黠@得到控制；對于水平位移而言，左右兩幫的收斂量相差不多，即說明兩幫移近量均勻；對于垂直位移而言，頂板下沉量和底鼓量得到了明顯控制。

3.2 注漿錨索支護(hù)工業(yè)性試驗(yàn)

為驗(yàn)證注漿錨索支護(hù)的強(qiáng)化支護(hù)效果，本文對采用注漿錨索支護(hù)后井巷的礦壓進(jìn)行監(jiān)測，分別對普通支護(hù)和注漿錨索支護(hù)的兩幫收斂量和頂板下沉量進(jìn)行對比，對比結(jié)果如下頁圖2 所示。

如圖2 所示，采用注漿錨索對井巷強(qiáng)化支護(hù)后兩幫移近量由370 mm 減小至192 mm；頂板下沉量由152 mm 減小至87 mm。

綜上所述，采用注漿錨索支護(hù)后可對井巷的圍巖起到粘結(jié)和加固作用，從而對巷道圍巖進(jìn)行良好控制。因此，可將注漿錨索支護(hù)在軟煤層回采井巷中推廣應(yīng)用。

圖2 注漿錨索支護(hù)工業(yè)性試驗(yàn)

4 結(jié)語

綜采工作面的支護(hù)效果將直接影響井巷開采的安全性，除了采用液壓支架支護(hù)外，還需根據(jù)綜采工作面的實(shí)際地質(zhì)、水文等條件對支護(hù)方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)對井巷圍巖應(yīng)力和變形較為理想的控制。本文以2 號煤層（軟煤層）所屬工作面的支護(hù)方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用注漿錨索支護(hù)對原支護(hù)方案進(jìn)行強(qiáng)化支護(hù)。經(jīng)數(shù)值模擬仿真和工業(yè)性試驗(yàn)表明，采用注漿錨索支護(hù)后可對圍巖應(yīng)力和圍巖變形進(jìn)行有效控制，從而保證工作面的安全生產(chǎn)。因此可將注漿錨索支護(hù)在軟煤層井巷的支護(hù)中推廣應(yīng)用。