近距离煤层重叠巷道注浆锚索应用

李岩

摘要：本文以W1E4、7层皮带运输巷和W1E407材料道两条重叠巷道为研究对象，分析了掘进工作面超前支承压力影响范围。制定了注浆锚杆、锚索支护方案，并通过围岩观测进行了支护效果对比，注浆锚杆、锚索支护相比于传统锚索支护可大幅度降低巷道顶板下沉、两帮移近以及底鼓量，降低了后期巷道的维修成本，延长了巷道的服务年限。

关键词 近距离煤层；重叠巷道；注浆锚杆、锚索

1、概况

W1E407综采工作面中W1E4、7层皮带运输巷和W1E407材料道两条巷道为工作面的煤炭运输和辅助运输巷道，两条巷道是上下重叠关系，W1E4、7层皮带运输巷位于W1E407材料道下面，层间距12.9m，7-1#煤层赋存标高-446m。W1E4、7层皮带运输巷和W1E407材料道分别沿7-1#和4-2#煤层掘进施工，7-1#煤层平均厚度1.26m,抗压强度8.66Mpa。7-1#煤层顶板往上岩性依次为：泥岩，粉砂岩、粗砂岩互层，4-2煤层。泥岩，平均厚度0.8m，抗压强度20.16Mpa；粉砂岩、粗砂岩互层，平均厚度13.1m,抗压强度28.4Mpa；4-2煤层平均厚度2.27m,抗压强度5.63Mpa。7-1煤层底板为砂质泥岩，平均厚度1.32m,抗压强度20.16Mpa。

2、上部巷道掘进对下部巷道的影响

W1E407材料道掘进期间，下部W1E4、7层皮带运输巷受掘进影响帮顶破碎严重，两帮移进量、顶板下沉、底鼓量大，尤其巷道底鼓更为明显。通过围岩观测，W1E4、7层皮带运输巷顶板下沉15～45mm，平均下沉33mm，底鼓430～690mm，平均底鼓535mm，两帮移近20～130mm，平均移近68mm。为减少该巷道后期的维修工作，同时降低工作面回采对该巷道的影响，皮带运输巷开帮、拉底后采用增加施工注浆锚索、锚杆的方式对该巷道加强支护。

3、超前支撑压力影响范围

巷道开掘后，打破了围岩原始应力状态，引起巷道围岩应力重新分布，由于岩层性质、厚度、结构和强度等方面的差异，受到矿压后会产生产不同程度的变形，巷道开掘后巷道支承压力分布范围也不相同。根据围岩观测分析，上部W1E407材料道掘进施工时，工作面前方72m位置下部W1E4、7层皮带运输巷围岩开始产生变形，工作面前方15m位置下部巷道变形量开始明显增大，增大影响范围为工作面后方0～29m，工作面后方88m下部巷道变形量明显减小并逐渐趋于稳定。

4、巷道断面及支护参数

（1）原巷道断面及支护参数

W1E4、7层皮带运输巷巷道采用矩形断面，锚杆+钢带+金属网+锚索联合支护。巷道宽度4.8m，高度2.8m，断面积13.4m2。巷道顶锚杆均采用φ22mm,L=2200mm全螺纹等强锚杆,全长锚固，每孔放1个CKb/Z23140药卷，顶锚杆间距840mm，排距900mm。顶锚杆垂直于顶板布置，肩部顶锚杆与顶板呈75°夹角布置，顶锚杆锚固力均不小于152KN，预紧力不低于53.2KN，螺母预紧力矩不小于140N ▪m。帮锚杆均采用φ22mm,L=2000mm全螺纹等强锚杆，每孔放1个Z2370药卷，帮锚杆间距800mm，排距900mm。帮锚杆垂直于巷帮布置，靠近顶板、底板侧帮锚杆与巷帮呈75°夹角布置，帮锚杆锚固力均不小于152KN，预紧力不低于45.6KN，螺母预紧力矩不小于120N ▪m。顶板锚索采用Φ21.8mm，长度6100㎜钢绞线，每孔放1个CKb/Z23140药卷，锚索2-0-2-0布置，排距1800m。顶锚索垂直于顶板布置，锚索预紧力160KN。

（2）注浆锚杆、锚索加强支护参数

为有效保护皮带运输巷，同时降低工作面回采对该巷道的影响，减少巷道后期的维修工作，在原有锚网支护基础上增加施工注浆锚杆、锚索加强支护。巷道顶板每排补打2根注浆锚索，已施工锚索的地点每排补打1根注浆锚索，注浆锚索规格Φ21.8×7300mm，间距1680mm，排距1800mm。巷道帮每排补打4根φ27×2400mm（左右帮各两根）注浆锚杆，间距800mm，排距2700mm。

5、注浆锚杆、锚索施工

W1E4、7层皮带运输巷施工注浆锚杆、锚索长度87m，施工注浆锚杆112根，注浆锚索80根。注浆料使用山东安科矿山支护技术有限公司生产的MZM-70无机复合注浆锚固料，水灰比1：3.2比例，注浆压力达4～7Mpa，注浆时长1～6min/根。平均每根顶锚索注浆约12KG，平均每根帮锚杆注浆约2.5KG。

6、围岩观测分析

 

图1 注浆锚杆、锚索断面布置图

通过“十字交叉”法对W1E4、7层皮带运输巷注浆锚杆、锚索支护巷道段变形量进行观测，顶板下沉0～20mm，平均下沉12mm，底鼓160～400mm，平均底鼓316mm，两帮移近20～40mm，平均移近32mm。通过对比，施工注浆锚杆、锚索后顶板下沉、底鼓、两帮移近量均较未使用注浆锚杆、锚索支护变化量要小。详见W1E4、7层皮带运输巷注浆前后围岩变化对比表。

表1  W1E4、7层皮带运输巷注浆前后围岩变化对比表

地点	支护形式	顶板平均下沉量/mm	底鼓量/mm	两帮移近量/mm	顶底板收缩量与原巷道比值%	两帮收缩量与原巷道比值%
W1E4、7层皮带运输巷	锚网支护	33mm，平均每周增加6.6mm	535m，平均每周增加107mm	68m，平均每周增加13.6mm	19.2	1.4
	注浆支护	12mm，平均每周增加0.5mm	316m，平均每周增加14.3mm	32m，平均每周增加1.4mm	12.5	0.6
	对比结果	减少21mm，平均每周减少6.1mm	减少219mm，平均每周减少92.7mm	减少36mm，平均每周减少12.2mm	降低了 6.7%	降低了0.8%

 

图2 W1E4、7层皮带运输巷锚网支护围岩变化量图

 

图3  W1E4、7层皮带运输巷注浆支护围岩变化量图

7、结语

1、通过实践证明，注浆锚杆、锚索支护可以有效的降低上部巷道掘进对下部巷道的影响，对巷道围岩起到了有效的加固作用。施工注浆锚杆、锚索降低了后期巷道的维修成本，延长了巷道的服务年限，为类似巷道工程施工提供了借鉴。

2、建议对受动压影响的巷道，在巷道掘进期间施工注浆锚杆、锚索加强支护，并对巷道底板进行注浆来抑制巷道底鼓。

3、近距离重叠巷道掘进工作面超前支承压力在掘进工作面前方72m开始显现，工作面后方88m明显减弱并逐渐趋于稳定。工作面前方15m至工作面后方29m矿压显现明显。注浆锚杆、锚索超前掘进工作面的距离不低于100m为宜。 

参考文献

[1]国家市场监督管理总局.中国国家标准化管理委员会.煤矿巷道锚杆支护技术规范GB/T 35056-2018.中国标准出版社出版发行.

[2]张荣立.采矿工程设计手册[S].北京：煤炭工业出版社，2018.

[3]国家安全生产监督管理总局.国家煤矿安全监察局.煤矿安全规程[S].北京：煤炭工业出版社，2016.