破碎顶板巷道“锚网索＋深浅孔注浆”支护研究.pdf

12017 年第 8 期 破碎顶板巷道“锚网索＋深浅孔注浆”支护研究 杜来根 （山西潞安集团和顺李阳煤业有限公司，山西 和顺 032700） 摘 要 针对破碎顶板巷道顶板围岩强度低、节理裂隙发育程度高，巷道更易于变形等问题，采取“锚网索＋深浅孔注浆” 联合支护法控制破碎顶板巷道。81011 工作面回风巷支护试验表明，“锚网索＋深浅孔注浆”可在提高围岩整体强度的基础 上对围岩进行有效控制。 关键词 破碎 顶板 锚网索 注浆 中图分类号 TD353 文献标识码 B doi10.3969/j.issn.1005-2801.2017.08.001 Research on the Support of “Bolt-Net-Cable Deep-Shallow Hole Grouting” in Broken Roof Roadway Du Lai-gen （Heshunliyang Coal Mining Company，Luan Coal Mining Group Co.,Ltd,Shanxi Heshun 032700） Abstract By the problems of the broken roof surrounding rock roadway roof of low strength and high crack growth degree, the more easily deation, take the“bolt-net-cable deep-shallow hole grouting”to control broken roof roadway, the test of 81011 working face shows that “bolt-net-cable deep-shallow hole grouting” can effectively control of the surrounding rock in the foundation to improve the overall strength of the surrounding rock. Key words broken roof anchor cable grouting 收稿日期 2017-03-20 作者简介 杜来根（1985-），男，山西介休人，助理工程师， 现从事煤矿开掘管理工作。 矿井建设与开采生产 当前，针对破碎顶板巷道采用的支护方式主要 有 “锚网索” 、 “锚网索架棚” 、 “全锚索＋金属网” 以及架棚支护等，这些支护手段难以从根本上控制 围岩变形，这样不得不对巷道多次翻修，增加支护 成本。鉴于此，李阳煤业有限公司决定采用“锚网 索＋深浅孔注浆”的联合支护法进行破碎顶板巷道 支护，并以 81011 工作面为例进行现场试验。 1 工作面概况 81011 工作面位于 -550m 水平东大巷三采区， 所采煤层为山西组 14煤层，煤层平均厚度为 2.7m， 煤层倾角平均为 2.5。工作面上方为 12煤层采空 区， 回采巷道与相邻工作面采空区间留设12m煤柱。 81011 工作面顶板为泥岩 - 砂质泥岩，岩体强度低， 且节理裂隙发育程度较高，属破碎围岩巷道。回采 顺槽断面为矩形，尺寸 3.23.8m 高 宽 。巷 道顶板和两帮均采用“锚网索”支护，锚杆间排距 为 0.80.8m，锚索间排距为 1.61.6m；局部破碎 严重地带采用“架棚 金属网”支护，棚体材质为 11矿工钢，棚距为 0.6m。工作面回风巷受 81013 工作面采空区、上部 12 煤层采空区和本工作面回 采影响，巷道变形严重，主要表现在顶板下沉量大、 巷帮片帮严重，并存在一定的冒顶倾向，严重威胁 工作面安全生产。 2 破碎顶板巷道失稳分析 2.1 破碎顶板失稳分析 （1）工作面整体处于一背斜构造，造成工作 面顶板完整性和强度降低；同时受到上部采空区和 临近采空区的影响，顶板破碎程度进一步加剧。 （2）14煤层为松软煤层，煤体强度 f1-1.5， 煤柱留设宽度过窄，煤体自承载能力较差，难以对 上方顶板形成有效支撑，也是造成 81011 工作面回 风巷严重破坏的重要因素。 （3）回风巷采取“锚网索”支护，局部破碎 地带采用架棚支护。 由于14煤体松软， 煤体强度低， 承载能力弱，同时巷道顶板受构造应力和采空区影 22017 年第 8 期 响，顶板岩层破碎较严重，这样就造成大量锚杆并 未打进稳定煤岩体内，只有部分锚索起到支护作用。 而工字钢架棚支护属于被动支护，鉴于顶板和两帮 煤体节理裂隙的持续发育，工字钢棚难以有效接触 巷帮和顶板，难以控制顶板破碎区的发展，只是在 煤岩体发生一定变形后才能与工字钢紧密接触使架 棚起到支护作用；另外，工字钢棚在破碎顶板巷道 受力不均，容易发生棚子倾斜和翻倒现象，不利于 巷道支护。 2.2 新支护方式的提出 从 81011 工作面回风巷失稳分析可知，造成该 巷道变形破坏除了地质构造、采空区影响等客观原 因外，支护方式的选择是否合理对巷道稳定性影响 更为直接。回风巷原支护方式“锚网索”和架棚支 护依照常规理论思想是可行的，但对破碎巷道而言， 稳定岩层在较深处，锚杆难以形成有效支护；而架 棚支护又难以对巷道破碎围岩形成及时有效承载， 且破碎巷道成型质量较差，架棚在经过一定时间会 出现倾斜歪倒现象，失去其应有支护效果。 通过提高煤岩体的整体强度来提高“锚网索” 支护质量，即可通过对巷道围岩进行注浆来提高巷 道围岩条件，支护方案也由原“锚网索”支护优化 为“锚网索 深浅孔注浆”。在煤岩体极其破碎， 且地质构造复杂区段，还可将主动支护和被动支护 相结合，即在“锚网索 深浅孔注浆”的基础上架 设工字钢棚进行加强支护。 3 现场试验 3.1 深浅孔注浆 考虑到成本和施工效果，注浆材料选择水灰 比为 11 的水泥 - 水玻璃浆液，现场调研可知， 81011 工作面回风巷顶板和两帮煤体裂隙发育宽度 一般为 3-7mm，多为中等裂隙，根据煤岩体注浆 经验，将注浆压力定为一般不超过 2.5MPa，注浆 时间以浆液注不进去为止。顶板布置 5 个注浆孔， 其 中 3 个 Φ42mm 注 浆 孔， 孔 深 2200mm，2 个 为 Φ32mm 注浆孔，孔深 8100mm，浅孔间排距为 850850mm，深孔间排距为 17001700mm。巷道 两帮各布置 4 个 Φ32mm 注浆孔，孔深 2200mm， 孔间排距为 850850mm。 3.2 其他支护参数的确定 顶锚杆选用 Φ222400mm 的左旋无纵筋螺纹 钢强力锚杆，每根锚杆采用两卷 Z2355 型锚固剂进 行锚固，锚杆间排距为 850850mm，锚杆预紧力 要求不低于 80kN；顶锚索选用 Φ17.88300mm 钢 绞绳，每根锚索采用三卷 Z2355 型锚固剂进行锚固， 锚索间排距为 17001700mm，锚索初始张拉力要 求不低于 300kN。帮锚杆选用 Φ222400mm 的 左旋无纵筋螺纹钢强力锚杆，每根锚杆采用两卷卷 Z2355 型锚固剂进行锚固，锚杆预紧力要求不低于 65kN；金属经纬网规格为 42001000mm，网格为 5050mm，网片搭接长度要求不低于 200mm；顶 板和两帮所用钢筋托梁规格为 Φ16-3600-5-850mm 和 Φ16-2750-4-850mm；改进后的巷道支护方案见 图1所示。 若煤岩体极其破碎， 且地质构造复杂区段， 可在“锚网索钢带 深浅孔注浆”的基础上进行架 设工字钢棚进行加强支护，棚距为 600mm。示意图 见图 1。 图 1 改进后的 81011 工作面回风巷支护示意图 3.3 支护效果分析 在 81011 工作面回风巷分别选取改进前后两种 支护形式下巷道各 100m 进行巷道表面变形观测， 采用十字交叉法进行测定。结果显示，改进前巷 道顶底板移近量累计为 450mm，两帮移近量累计 为 1042mm，其中支护刚开始前十天顶底板和两帮 累计移近量分别为 273mm 和 450mm；改进后巷 道顶底板移近量累计为 210mm，两帮移近量累计为 435mm，其中支护刚开始前十天顶底板和两帮移近 量累计为 160mm 和 275mm。 由此可知，通过支护方式的优化，81011 工作面 回风巷顶底板移近量可降低 53，两帮移近量可降 低 58，说明改进后支护条件下围岩变形控制较好。 为了解顶板注浆前后围岩破碎承担和注浆加固 效果，通过对顶板注浆孔的观测可以看出注浆加 固前，巷道围岩浅部 02m 范围破碎严重，35m 破 碎程度减弱，57m 破碎程度大幅度降低，仅部分 裂隙可见，超过 7m 围岩较完整；注浆后，01.4m （下转第 4 页） 42017 年第 8 期 孔壁破碎严重，1.43.5m 孔壁基本完整，仅部分裂 隙可见， 超过3.5m围岩完整性较好。 说明通过注浆， 大幅度提高了巷道顶板围岩的整体性。 4 结语 破碎顶板巷道围岩强度较低，节理裂隙发育程 度较高。采用深浅孔注浆可有效提高巷道顶板围岩 的整体性和强度，在此基础上再采取锚网索支护即 可有效对巷道顶板进行支护。 【参考书目】 ［1］ 杨录胜 , 刘正和 . 破碎顶板大断面煤层巷道支护 技术研究 [J]. 煤炭工程 , 2015,471241-44. ［2］ 岳小建 . 破碎顶板巷道注浆联合锚索支护技术应 用实践 [J]. 山东煤炭科技 , 2016,1141-44. ［3］ 陶占元 . 松软破碎巷道顶板失稳机制及围岩控制 技术 [J]. 煤炭与化工 , 2016,39557-59. ［4］ 张校春 , 李东洞 . 巷道破碎顶板支护技术方法与 优化 [J]. 河南科技 , 2015,474-75. （上接第 2 页） 图 2 综合测站内矿压仪器仪表分布位置示意图 3 矿压观测数据分析 3.1 巷道表面位移数据整理 根据 3 个测点观测的数据得知，2测点的数据 较其他两个测点的数据大，其中顶板最大下沉量为 37mm，底板最大底鼓量为 407mm，两帮最大位移 量为 621mm，详见图 3。 图 3 2测点（800m 处）巷道变形量曲线图 3.2 顶板离层监测数据分析 从巷道内安设的顶板离层仪监测数据可知， XV3216 巷受采动影响，顶板最大离层值为 10mm， 最小离层值为 2mm，其最大值小于顶板离层的最大 允许值（30mm），说明巷道顶板离层值不大，顶 板的完整性较好。 3.3 矿用本安型数字压力计监测数据分析 根据巷道综合测站内单体液压支柱上安装的矿 用本安型数字压力计监测的数据显示顶板初始压 力由原来的 95 kN 逐渐增大至 243kN，之后顶板压 力趋于稳定状态，说明巷道的变形也将趋于稳定。 单体柱监测顶板压力变化情况见图 4。 图 4 单体柱监测顶板压力变化情况曲线图 3.4 锚杆测力计监测数据统计（表 1） 表 1 锚杆测力计监测数据统计表 测 站 顶板锚杆测力计监测数据 /kN 帮部锚杆测力计监测数据 /kN 编号顶中顶右上部中部下部 1405055506560 2354045.5607063 3305040557065 表中数据显示，XV3216 巷受动压影响后顶板 锚杆最大受力为 55kN，帮部锚杆最大受力为 70 kN。 4 结论 （1）根据巷道表面位移测点量取的数据得知， XV3216 巷的巷道变形主要表现为帮鼓和底鼓，巷 道后期修巷的最佳时间为巷道的变形量基本趋于稳 定后进行，并且在修巷时要考虑约 600mm 的起底 工程量。 （2）根据锚杆测力计监测的数据可知，顶板 锚杆最大受力为 55kN，帮部锚杆最大受力为 70 kN，上述数据均小于锚杆杆体的极限破断载荷，说 明巷道所选用锚杆型号满足现场支护需求。 （3）从顶板离层仪监测数据分析，XV3216 巷 受采动影响顶板离层值较小，说明巷道内顶板只是 产生了很小的横向裂隙，顶板完整性未受到破坏， 顶板主要表现为整体性下沉。