28814 工作面回采巷道加固注壳支护工艺研究

姜 泽

（山西焦煤集团有限责任公司东曲煤矿，山西 太原 030200）

1 概述

东曲煤矿28814 工作面回采巷道宽约5.0 m、高约4.0 m，长约1186 m，坡度不大。巷道在支护设计时，对各工作面巷道围岩的物理性质以及支护方案中锚杆长度选择等都没有进行科学的调查和计算，使得部分巷道围岩因采动影响出现巷道顶板断裂、碎岩砸落以及片帮等情况，成为影响回采生产安全的重大风险因素。针对28814 工作面实际情况进行巷道支护工艺优化，对提升巷道安全性以及生产经济性有着重要的意义。

2 巷道支护方案设计

28814 工作面回采巷道存在巷道顶板断裂、片帮等问题，采用加固注壳支护工艺进行巷道支护。首先对28814 工作面巷道进行修整，使其符合施工规程，采用喷浆的方式保持巷道围岩的完整，然后进行锚杆与锚索组合工艺支护，最后进行复喷浆，形成深浅支护层加固注壳结构，增强巷道稳定性。

其中，锚杆与锚索组合支护工艺是锚杆通过定位孔，穿过巷道外壁的不稳定岩层，深入到稳定岩层中，并固定。这样可以改变围岩的物理力学性能，改变围岩应力分布，锚杆的横向作用和轴向作用同时发挥，提高岩体抗剪强度和抗压强度，宏观上则表现为巷道围岩稳定性增加。锚索结构能够实现锚杆锚固在巷道内部稳定岩层中，锚杆与锚索配合使用，不仅可以突破锚杆固定长度的限制，还能够增大锚固深度。锚杆传动预紧力，带动锚索在稳定岩层的内部受力，实现锚杆穿过的所有岩层的加固。锚杆锚索组合应用，可以将巷道岩层荷载和变形应力传递到巷道围岩深部的稳定岩层中，使不稳定岩层应力变形风险降低。此外，锚杆与锚索组合应用，能使得一定范围内巷道围岩应力相互牵扯，在围岩内部形成应力网，网状应力区域的岩层自身也可实现一定程度的支护效果，使得支护作用产生连锁反应，实现巷道的安全稳定。对于该支护方案，锚杆长度与排列间距参数的确定，是影响支护效果的重要参数，其中支护锚杆长度影响因素如图1 所示。

（1）锚杆长度计算公式如下：

式中：L1为锚杆安装在巷道岩层后，裸露在外部的长度，m；L2为巷道壁到内部稳定岩层之间的距离，m；L3为锚杆在稳定岩层内部的深度，m。

通过对28814 工作面回采巷道围岩结构组成以及特征研究，选择L1为0.05 m，L2为1.2 m，L3为0.4 m。因此计算得出的锚杆长度为1.65 m，实际锚杆选择1.8 m 规格。

图1 锚杆长度示意图

（2）锚杆间距计算公式如下：

式中：N 为锚杆锚固作用力，kN/根；n 为宽度方向上每排锚杆的数量，根；L2为巷道壁到内部稳定岩层之间的距离，m；K 为设计安全系数，选取2.4；r 为回采巷道壁岩层的平均容重，kN/m3；B 为回采巷道宽度，m。

东曲煤矿采用的矿用普通锚杆锚固作用力为105 kN/根，28814 工作面回采巷道宽度方向上每排锚杆数量最多处为4 根，巷道壁到内部稳定岩层之间的距离为1.2 m，回采巷道壁岩层的平均容重为17 kN/m3，巷道宽度为5.0 m。计算所得最大锚杆间距为1.7 m，实际锚杆间距选择1.5 m。

3 巷道支护方案实施

28814工作面回采巷道可以近似看作矩形结构，但在顶板两端分别存在圆弧过渡，并且巷道右侧上部存在10°左右的倾角，这对支护参数的计算非常重要。在锚杆布置过程中，由于围岩在巷道掘进情况下，内部应力变化更加复杂，巷道顶板断裂、碎岩砸落以及片帮的风险更大，因此要对巷道外形处增加支护强度。28814 工作面回采巷道支护方案的实施可以分为两个阶段：

（1）锚杆+锚索支护阶段

锚杆+锚索支护阶段的支护参数为：

① 锚索规格：首先在回采巷道顶板中心以及顶板两端尖角处布置锚索，使锚索与固定壁成90°的垂直角度，锚索规格为Φ22×4500 mm，1860 kN屈服强度。

② 锚杆规格：锚杆布置在顶板及巷道侧壁，固定方向与固定壁成垂直关系，锚杆规格为Φ30×1800 mm，400 kN 屈服强度。

初级支护示意图如图2 所示。

图2 28814 工作面回采巷道局部锚索支护图

（2）深部锚注壳加固阶段

在深部锚固定位置的巷道处加装注浆管道，通过压力泵将浆液顺管道注入到深部锚根部，固定后的浆液形成固定壳，配合锚索+锚杆支护工艺，形成稳定的深部锚加固注壳支护组合。深部锚注浆参数为：注浆孔的深度为0.4 m，注浆压力为6.5 MPa。深部锚注壳加固使得28814 工作面回采巷道的围岩强度和稳定性大大增加。支护效果如图3 所示。

图3 28814 工作面回采巷道加固注壳支护效果图

4 支护监测实施

为了验证设计支护方式以及支护参数的有效性，针对28814 工作面回采巷道支护效果进行了跟踪监测。监测内容选择锚杆受力强度，主要用来反应支护完成后28814 工作面回采巷道围岩稳定性，间接反映支护方案的有效性。锚杆受力强度监测采用MYF-12 型锚杆测力计进行，测点分布见图4，在巷道壁碎裂处要加密锚杆测力计的布置。

图4 MYF-12 型锚杆测力计布置示意图

测力计布置按照从下到上、从左到右的顺序，分别编号1～8。各测力计监测数据变化曲线如图5所示。

通过图5 可以看出，28814 工作面回采巷道支护锚杆中最大受力为101 kN，而矿用普通Φ22 的锚杆额定承载力为105 kN。即通过锚杆与锚索组合应用的支护方式，能够很好地承载回采巷道围岩内动力，保持巷道的稳定性，降低巷道事故发生的风险。

图5 各锚杆测力计曲线示意图

5 结论

结合28814 工作面回采巷道围岩特征以及实际回采条件，对锚杆锚索组成应用支护方案参数进行了计算分析，并对加固注壳支护工艺的实施效果进行了监测跟踪。通过监测数据可知，按照计算参数进行的支护方案能够有效保证回采巷道的稳定性，满足回采巷道生产安全需求。