底抽巷二次锚网索喷协同支护技术研究与应用

王延林

（郑煤集团超化煤矿，河南 新密 452385）

1 概况

超化煤矿主采山西组二1煤，井田面积10.1km2。煤层软，直接顶、底板为泥岩和砂质沙岩，属典型的“三软”不稳定煤层。

在众多动压影响巷道中，跨采巷道承受的影响最为强烈。22051底抽巷不仅服务于该工作面的瓦斯抽采，而且在相邻的22071工作面瓦斯治理期间将作为3条打钻横贯的回风通道。此外，22051底抽巷外段还兼作矿井主排水系统的管子巷，不仅巷道服务年限长，而且对巷道的使用断面要求很高。

巷道在工作面超前支承压力影响期间急剧变形，而且在工作面推过后上覆岩层断裂、垮落和压实过程中的变形更加剧烈。因此，工作面动压影响巷道的维护问题一直是困扰煤矿安全生产的重大技术难题。

2 工作面底板巷道围岩稳定性影响因素分析

2.1 工作面回采对底板巷道围岩稳定性影响分析

22051 底抽巷正巷走向方向与22051工作面推进方向平行，动压影响属于“骑采”类型。工作面回采之前，工作面周围的岩体处于原始应力平衡状态。伴随着煤层的开采，原始应力平衡状态被打破，在工作面采空区四周形成不同程度的支承压力带。

经现场设置的观测站观测，受工作面采动影响后，巷道帮部岩体首先产生屈服、破坏，随着帮部岩体的失稳、破坏，承载能力相对较高的拱结构同样随之失稳；另一方面靠近巷道中下部的帮部围岩径向位移量大致相当，说明此时巷道帮部承载结构随着巷道不断底臌，在承载能力逐步降低的同时产生整体内移。

受采动影响后，巷道拱顶围岩位移特征为整体下沉。造成这一现象的原因在于，现有巷道围岩岩性结构中，巷道两帮为泥岩，起拱线以上为灰岩，锚网支护在两帮形成的梁结构可视为上部拱结构的支座。在高应力作用下，随着巷道两帮梁结构的失稳、破坏，两帮岩体向巷道内挤压鼓出以及底臌影响，使得支座稳定性不断下降，造成拱部岩体整体下沉。

通过对比地质采矿条件下巷道围岩应力场和位移场分布，由于底板巷道所处的L7-8灰岩强度较高，工作面“骑采”和“跨采”条件下巷道围岩变形量整体不大，巷道变形主要发生在L7-8灰岩间的泥岩部位，22051底抽巷、中央进风行人下山和3条横贯的变形、破坏状况也验证了这一分析结果。总体来看，相较于“骑采”形式，“跨采”形式对底板巷道围岩稳定性的影响较大，底板巷道位于采空区外侧时巷道围岩稳定性最差，位于采空区内侧时次之，位于采空区中部时较小。

2.2 水体对22051底抽巷锚网支护承载结构影响

从底抽巷裸露的巷帮可以看到，巷道两帮泥岩在水体联合作用下多数地段已经泥化，在泥质岩体的膨胀压力作用下巷道两帮锚网支护护表构件破坏严重。这部分水体极有可能来自上部老巷和采空区，并通过岩体裂隙和锚杆（索）钻孔等途径向下渗透，从而对22051工作面底抽巷围岩稳定性构成威胁。

大量实验结果表明，随着含水量的增加，岩石的峰值强度、残余强度、长期强度、弹性模量等力学参数均有所降低，而岩石蠕变应变率随着含水率的增大而增大，即粘滞系数随含水率的增加而减小。因此，对泥质软岩的流变变形，可以从两个方面进行强化，即一方面封堵导水裂隙，阻止水对软岩的弹性模量、粘滞系数的弱化，提高软岩的抗变形能力，另一方面就是通过注浆等岩体强化手段提高岩体的长期强度极限，避免岩体进入流变变形阶段。

3 采动影响下底板巷道二次锚网索喷协同支护

（1）利用一次锚网支护加固浅部破裂围岩，改善围岩力学性能，提高其残余强度，同时根据现场需要考虑注浆加固破裂围岩，在浅部围岩中形成承载结构。

在围岩变形压力作用下，利用一次支护承载结构的可缩性，适当“柔性卸压”，同时保证加固围岩不产生过度的剪胀变形。

待围岩卸压到一定程度后，进行二次锚网支护，提高支护强度、刚度及结构稳定性。

基于以上原则，为保障22051底抽巷长期稳定，实施二次锚网索喷协同支护。

（2）22051底抽巷在加固前，对巷道两帮已经泥化的部位完全扩刷，直至实体岩层，一方面有利于后期锚杆（索）钻孔的施工和安装，另一方面避免残存的泥化岩体对深部稳定岩体进一步侵蚀、破坏。

（3）巷帮泥化岩体剥离后，及时打锚杆挂网并喷浆封闭，喷浆过程中尽量找平，为后期二次锚网索支护施工创造有利条件，同时隔绝水体对泥质岩体的影响，避免泥质岩体遇水膨胀变形。

（4）一次支护施工完毕后，实施二次锚网索喷联合支护，并沿巷道走向布置钢筋梯，将一次支护的喷层置于金属网内侧，从而控制喷层开裂所形成水体渗透通道。二次支护施工完毕后，喷浆封闭金属网。

4 巷道加固实施

由于原巷道部分断面已无法满足使用要求，需对巷道断面进行扩刷，扩刷后巷道毛断面尺寸为4.8×3.9m。

（1）巷道断面扩刷完毕后，实施一次锚网支护。一次锚网支护锚杆规格为Φ20×2400mm左旋无纵筋螺纹钢锚杆，锚杆间排距780×1000mm，并配合使用钢筋网护表。每根锚杆使用1支K2350和1支Z2350树脂锚固剂，锚杆安装扭矩不低于300N·m。

（2）一次锚网支护施工完毕，检查所有锚杆合格后，对一次支护表面进行喷浆找平。二次锚网索支护分锚杆支护和锚索支护断面，在一次支护断面间交替布置。支护方案如下：

① 二次锚网支护锚杆规格为Φ20×3000mm左旋无纵筋螺纹钢锚杆，锚杆间排距780×2000mm，并配合使用钢筋网和Φ12mm钢筋梯护表，钢筋梯沿巷道走向布置。每根锚杆使用1支K2350和1支Z2350树脂锚固剂，锚杆安装扭矩不低于300N·m。具体参数见图1、图2。

图1 一次锚杆支护断面图

② 待二次锚杆支护断面施工后，在二次锚杆支护断面间实施锚索补强支护。锚索规格为Φ18.9×6200mm，锚索间排距1200mm×2000mm，每根锚索使用1支K2350和2支Z2350树脂锚固剂，锚索预紧力不低于80kN。具体参数见图3。

图2 二次锚杆支护断面图

二次锚网索支护后，若有泥岩或淋水地段需装设导水管并喷浆封闭，喷层厚度以盖住金属网为宜。

5 效果及效益

通过本项目的实施，避免了22051工作面开采影响范围内底板瓦斯抽放巷道的失稳、破坏，避免了重复扩修维护，以每米扩修费用4000元计算，可节约费用近120万元。

图3 二次锚索支护断面图

本项目的实施，实现了巷道在受采动影响情况下变形量在可控范围之内，避免了因采动影响造成巷道大变形引起的排水、抽放管路损坏、通风运输断面满足不了要求等问题，也为22071接替工作面瓦斯治理工程按计划实施和矿井安全高效开采提供了有力保障。