中空注浆锚索在大断面煤巷围岩加固中的应用

高国登

（山西汾西正令煤业有限责任公司，山西 孝义 032300）

现阶段，矿井综采设备朝向大功率方向发展，同时采面推进速度以及回采效率等也不断增加，为满足煤炭运输、通风等需要，回采巷道断面也呈增加趋势，净断面在20 m2回采巷道不断涌现[1-3]。大断面回采巷道容易出现巷帮收敛、顶底板变形量大等问题，从而给围岩控制带来新的挑战[4]。中空注浆锚索可实现围岩加固，并具备支护强度高、预应力大等优点，可有效控制围岩变形，在深部开采以及破碎围岩巷道中应用较为广泛[5-7]。本文就以山西某矿30905 综采工作面回风巷围岩控制为工程背景，对中空注浆锚索在大断面煤巷围岩控制中的应用进行探讨，以期为其他矿井类似情况下围岩控制提供经验借鉴。

1 工程概况

山西某矿现阶段主要回采9#煤层，煤层厚度4.1m、埋深420 m，赋存较为稳定，顶底板岩性以灰分、泥岩以及砂质泥岩等为主，具体岩性参数见表1。30905 综采工作面设计推进距离1 560 m、斜长220 m，是矿井现阶段唯一采面，承担后续5 个月出煤任务。采面开采范围内受区域褶曲构造影响，在720 m～790 m 范围内存在顶板破碎情况，影响区主要集中在回风巷侧。

表1 9#煤顶底板岩性

30905 回风巷为矩形断面，沿着煤层顶板掘进，为满足矿井通风需要巷道断面达到20.5 m2（巷宽5.0 m、巷高4.1 m），采用锚网索支护工艺。回风巷在褶曲影响范围内围岩变形量较大，为确保巷道使用安全，提出采用中孔注浆锚索对围岩变形进行控制。

2 中空注浆锚索现场应用

2.1 中空注浆锚索结构

在30905 回风巷使用的中空注浆锚索见图1 所示，结构主要包括有联接段、灌浆段以及锚索段等组成，其中联接段结构由锚具、托盘、止浆塞，灌浆段主要为中空钢绞线、间隔一定距离预留有出浆口，锚固段主要为实心钢绞线。采用的中空注浆锚索型号SKZ22-1/1770，杆体直径Φ22 mm，具体技术参数见表2 所示。

图1 中空注浆锚索结构

表2 中空注浆锚索技术参数

2.2 中空注浆锚索加固布置方案

根据30905 回风巷区域褶曲构造影响段围岩性质以及原有锚网索支护方案，提出对巷道顶板支护进行补强，具体在巷道顶板上使用中空注浆锚索进行支护。具体巷道补强支护断面见下页图2 所示。

图2 中空锚索补强支护设计图（单位：mm）

顶板注浆锚索按照1 300 mm 间排距布置，每排布置3 根并使用W钢带连接邻近锚索。采用的W钢按照1300mm布置有24mm圆孔，钢带规格为4600mm×250 mm×3 mm。中空注浆锚索采用1 支用MSK2355、1 支MSZ2355 树脂锚固剂锚固，有效锚固长度控制在1 100 mm 以上；锚固完成后施加200 kN 以上预紧力。

2.3 注浆加固材料及注浆工艺

中空注浆锚索使用的注浆加固材料类型为高分子改性树脂，该种注浆材料呈液态分布，由A、B 两种组分构成，可用以破碎煤岩体、裂隙封堵岩层等注浆封堵。选用的注浆材料具有胶结速度快、强度高、渗透性强等优点，通过渗入到顶板破碎岩体内充填裂隙，达到提高破碎煤岩体强度与承载能力，使得顶板岩层抗剪以及抗拉能力更强。具体采用的注浆加固材料性质见表3 所示。

表3 注浆材料技术参数

注浆锚索施工时应首先确定锚索施工位置，并采用井下风钻施工锚索钻孔（钻孔孔径32 mm），随后向钻孔内塞入锚固剂并锚固中空锚索顶部实体端；在锚索口端安装止浆塞、螺母及托盘，使用张力设备预张拉锚索（张紧力控制在100 kN 以内）；注浆泵与锚索端头采用高压软管连接，并向中空注浆锚索内进加固注浆，完成后开始二次张拉（预紧力控制在200 kN 以上）。注浆采用ZBQS-8.0/12.0 注浆泵，该注浆泵质量轻、体积小，可实现无极调速，便于井下移动，使用过程中安全系数较高。在对巷道顶板进行注浆加固时，将注浆压力初步设定为3 MPa～5 MPa。若围岩较为破碎则注浆压力适当降低，若围岩较为完整则适当增加注浆压力。单个中空注浆锚索注浆时间控制在3 min～5 min，当注浆压力达到设计值或者注浆管不再进浆时则停止注浆工作。

3 围岩控制效果分析

在30905 回风巷顶板破碎区内（回风巷720 m～790 m 范围）采用中空注浆锚索、W 钢带组合方式对顶板进行补强。现场中空注浆锚索按照上文所述方案进行布置、施工，现场应用后，巷道顶板岩层破碎煤岩体被注浆浆液充填，岩体承载能力及抗变形能力得以明显增强。对注浆加固段围岩变形进行监测，期间发现顶板最大变形量控制在35 mm 以内，巷帮收敛量控制在23 mm 以内，未出现明显的底鼓迹象。现场应用表明，在顶板岩层破碎段采用中空注浆锚索可起到提高岩体强度以及抗变形能力，同时增加回风巷原有锚网索支护体系强度，有效控制围岩变形。

4 结语

30905 回风巷在720 m～790 m 范围受区域褶曲构造影响存在顶板破碎问题，巷道围岩变形量较大，给后续使用带来一定制约。为确保30905 回风巷使用安全，提出采用中空注浆锚索对顶板进行补强加固，从而达到提高顶板岩层承载能力、稳定性以及原有锚网索支护体系支撑强度目的。

回风巷采用的中空注浆锚索补强方式具有现场施工简单操作简单、支护强度高等优点。依据30905回风巷现场实际条件，对中空注浆锚索布置方案以及注浆材料等进行设计，现场应用后，回风巷在顶板破碎段顶板、巷帮变形分别控制在35 mm、23 mm 以内，同时底板未出现明显底鼓问题，现场取得较好的围岩加固效果。