松软围岩岩巷锚注加固技术研究

秦艳峰

（汾西矿业柳湾煤矿，山西 孝义 032300）

0 引言

随着煤炭开采强度以及深度不断增加，井下煤炭生产受地质构造、软岩、地应力以及采动压力等影响更趋明显，导致巷道围岩控制难度较高[1-3]。锚注技术可提高围岩承载能力及整体稳定性，在软岩、断层破碎、高应力、高强支护以及沿空掘巷中应用较为普遍，同时众多的学者及工程技术人员对锚注技术展开研究[4]。受煤层赋存条件恶劣影响，煤矿井下软岩巷道占比较高，锚注技术有较好的应用前景[5-9]。山西某矿开采煤层为三软煤层，煤层原始瓦斯含量高，为确保煤炭安全高效回采需布置底抽巷预抽煤层瓦斯，巷道为松软破碎围岩，巷道掘进期间面临变形量大、支护困难问题，为此，文中提出采用锚注加固技术支护巷道围岩，为后续使用创造良好条件。

1 工程概况

山西某矿32503 综采工作面为32 采区第二个回采工作面，采用回采的5#煤层埋深均值560 m，厚度均值3.7 m、倾角2°～6°，煤质为发热量高的优质无烟煤，瓦斯含量在10.5～13.9 m3/t，区域瓦斯治理采用底抽巷方式。32503 综采工作面设计斜长120 m、推进长度890 m，在5#煤层底板下方15～20 m 灰岩内布置有32503 底抽巷，巷道设计掘进工程量为880 m，采用综掘机掘进，断面为直墙半圆拱型，巷道采用U型钢+锚网索支护方式，具体支护断面，如图1 所示。32503 底抽巷掘进区域内地质条件较为复杂，围岩存在不同程度淋水情况。

图1 巷道支护断面图（单位：mm）

32503 底抽巷整个断面布置13 根规格Φ20 mm×2 400 mm 螺纹钢锚杆，锚杆排距均为1 000 mm，间距分别为900、700、600 mm；在拱顶布置3 根规格Φ17.8 mm×6 200 mm 锚索，锚索位于2 排锚杆间，间排距均为2 000 mm；在拱顶及帮部均采用钢架棚支护，架棚棚距均为2 000 mm。

2 巷道围岩变形破坏分析

对巷道巷帮炭质泥岩以及底板泥岩进行X 射线衍射分析，发现炭质泥岩、泥岩中黏土质量分数高达78.9%，黏土矿物中伊利石及高岭石质量分数分别可达到4%、45%，石英质量分数为14%，其余的斜长石、菱铁矿、钾长石以及斜长石等占比较小。在32503 底抽巷掘进迎头顶部、巷帮以及底板位置取样。将顶部、巷帮及底部岩样置于水中，具体岩样变化情况，如图2 所示。

图2 不同浸泡时间下岩样变化示意图

从图2-1 中看出，巷帮炭质泥岩、底板泥岩位置岩样放入到水中后出较为明显的泥化现象，其中底板泥岩泥化较为严重；结合图2-2、2-3 看出，巷道围岩岩样放入水中10～20 min 后，巷帮位置炭质泥岩出现崩解并沿着内部裂隙破碎成小块，底板泥岩泥化程度进一步增加、强度及承载能力明显降低；从图2-4 看出，放入水中40 min 后帮部位置炭质泥岩泥化程度较高，而底板泥岩则彻底泥化；整个过程中顶板灰岩则无明显变化。32503 底抽巷围岩松软、遇水膨胀、崩解且强度明显降低，导致底抽巷在原有U 型钢+锚网索支护方式时巷道围岩变形量较大。

3 巷道围岩锚注支护技术应用

3.1 锚注支护技术方案

依据32503 底抽巷围岩岩性特征，提出采用锚网喷+锚注+锚索耦合支护方式控制32503 底抽巷软岩变形，具体巷道支护断面，如图3 所示。通过采用以锚注为核心的耦合支护方式可适应巷道软岩变形控制需要，最大程度发挥围岩自稳及承载能力。

图3 锚注支护断面图（单位：mm）

32503 底抽巷拱顶用锚杆（索）+钢筋网支护方式，巷帮用锚杆+注浆锚索+钢筋网支护方式，底板采用注浆锚杆支护。具体支护参数为：

1）拱顶锚杆采用规格Φ20 mm×2 400 mm 螺纹钢锚杆、间距及排距分别为600 mm、800 mm；拱顶锚索为规格Φ17.8 mm×6 000 mm 钢绞线，间距及排距分别为1 200 mm、800 mm，锚索在拱顶对称布置。

2）巷帮锚杆为规格Φ20 mm×2 400 mm 螺纹钢锚杆、间距及排距分别为600 mm、800 mm，在两帮分别布置3 根规格Φ22 mm×6 000 mm 中空注浆锚索，布置间排距分别为1 200 mm×1 600 mm，具体采用的中空注浆锚索结构，如图4 所示，技术规格如表1 所示。

表1 注浆锚索技术规格

图4 注浆锚索结构图

3）巷道底板布置4 根规格25 mm×2 400 mm 中空注浆锚杆，锚杆沿着巷道中线对称布置，最外侧锚杆距巷帮300 mm、外插30°，中部的锚杆距离巷帮1 300 mm、垂直底板布置，具体采用的中空注浆锚杆结构见图5 所示、技术规格见表2 所示。

表2 注浆锚杆技术规格

图5 注浆锚杆结构图

4）巷道锚杆及锚索钻孔均用MQ7-130/2.9C 钻机施工，通过采用不同规格钻头可实现18～42 mm 规格钻孔施工，配套的钻杆规格为Φ19 mm×1 000 mm。巷道拱顶及巷帮铺设由Φ6 mm 镀锌铁丝编制的钢筋网护表，规格为1200 mm×800 mm、金属网网孔为100 mm×100 mm。巷道全断面均喷射C20 混凝土，初喷、复喷厚度分别为80 mm、70 mm。

3.2 现场应用效果分析

为掌握锚注支护后32503 底抽巷围岩变形量，在底抽巷内布置测站对巷道顶底板、两帮位移量等参数进行持续监测，具体监测结果，如图6 所示。

图6 锚注支护段围岩变形监测结果

从锚注段围岩变形监测结果得知，锚注支护段底抽巷顶板下沉量最大为22 mm、顶板下沉量较小，两帮收敛量最大为80 mm，底板底鼓量最大为76 mm、底鼓量相对较大。锚注支护后两帮变形量增加速度平均为0.533 mm/d、底板底鼓量增加速度平均为0.507 mm/d，围岩变形量增加速度较小。通过锚注支护段围岩变形监测数据分析得知，锚注支护段围岩变形量整体较小，不会给底抽巷后续使用带来影响。

4 结论

1）32503 底抽巷巷帮为炭质泥岩、底板为泥岩，巷帮及底板岩层中含有较高的黏土物质且遇水容易膨胀、软化，32503 底抽巷原采用的锚网索+架棚支护方式难以实现巷道围岩变形有效控制。根据底抽巷现场情况，提出以锚注支护为核心的锚网索注耦合支护技术，具体在巷帮通过注浆锚索提高炭质泥岩整体强度并封堵潜在的裂隙，降低水、空气等对巷帮岩体风化影响，同时为锚杆提供可靠的锚固端；在底板采用注浆锚杆对底板进行加固；在巷道全断面喷浆进一步隔绝围岩与空气、水等接触。

2）依据32503 底抽巷现场实际情况，对围岩支护方案进行详细设计并进行工程应用。现场应用后，锚注支护段顶板、底板、巷帮变形量最大分别为22、76、80 mm，围岩变形量整体较小，可满足底抽巷后续使用需要。