锚注加固支护技术对东曲煤矿的应用
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摘要：针对东曲煤矿采动影响区、软弱岩层、深部和构造带等条件下的巷道支护和维护极其困难的情况，基于18311工作面实际工程地质条件和以往工程实施措施及应用效果，选取该工作面进行新型注浆体系替代超前单体支护试验，即以“中空注浆螺旋锚杆+中空注浆矿用锚索”支护技术为核心，通过高强、全方位、深浅全面注浆加固围岩的设计，确保工程的稳定性，从而提升巷道通风和运输能力，降低后期煤巷维修成本。
表1工作面围岩特征随着东曲煤矿采矿规模的扩大，表层可采煤炭资源逐渐枯竭，深度开采复杂程度不断增加，巷道支护难度也越来越大，尤其在采动影响区、软弱岩层、深部和构造带，巷道支护和维护极其困难，该类问题自20世纪初已列入煤矿开采的世界性难题，严重影响煤矿生产[1]。东曲煤矿18311工作面轨顺及皮顺巷道内个别地点存在顶板破损和顶板离层情况，需进行注浆修复加固，从而确保支护质量。本文基于18311工作面实际工程地质条件和其他工程实施措施及应用效果，研究新型注浆体系替代超前单体支护可行性。
1东曲煤矿18311工作面基本情况
东曲煤矿18311工作面临近18309工作面、矿界、大巷和18313工作面。上方4号煤已回采，切眼附近有2号、4号煤层小窑破坏区，4号—8号煤的层间距约为68m。18311工作面8号煤层结构复杂，上煤厚度为0.42～0.92m，夹矸厚度为0.6～0.7m，正常涌水量为5m3/h，最大涌水量为20m3/h。18311工作面轨顺及皮顺巷道内个别地点存在顶板破损和顶板离层情况，需进行注浆修复加固。具体施工地点为：18311皮顺巷道维修共计75m，里程220~275m，里程380~400m；18311轨顺巷道维修共计180m，里程140~240m，里程340~420m。18311工作面位于+973水平，8号煤层厚度为0.7～3.41m，平均2.5m，8号煤层与8号上煤层有分叉现象，8号上煤层厚0.2～0.74m，其夹矸厚0.2~2.14m，局部地段8号上煤。煤层结构为0.2-0.74（0.2-2.14）0.7-3.41，结构复杂，属较稳定型煤层，工作面围岩特征如表1所示。
2全断面锚注支护技术参数
东区煤矿18311工作面支护设计基于协同学原理和方法，以改善工作面围岩稳定性及支护效果[2-3]。首先根据现场实际考察情况制定18311轨顺及皮顺全断面锚注支护技术参数。18311轨顺顶板支护情况（见下页图1）：中空注浆锚索的直径为22mm，钢绞线长度4300mm，顶板布置2根，垂直于顶板布置，间排距为2000mm×2000mm，注浆终压≥4MPa；对需维修巷道段进行喷浆封堵裂隙；注浆材料选用水泥浆+添加剂。18311皮顺顶板支护情况（见下页图2）：中空注浆锚索的直径为22mm，钢绞线长度为4300mm，顶板布置2根，垂直于顶板布置，间排距2500mm×2000mm；注浆终压≥4MPa；对需维修巷道段进行喷浆封堵裂隙；注浆材料选用水泥浆+添加剂。
318311工作面修复施工规划和施工流程
18311工作面在采用深-浅孔注浆技术的基础上，通过“中空注浆螺旋锚杆+中空注浆矿用锚索”的支护技术形成深-浅耦合全断面锚注加固支护，采用以水泥为核心的双液浆或有机堵水加固材料注浆的经济方案，一次主动加固围岩，减少二次支护，强化围岩自身强度和承载能力，从而提高围岩的内聚力和围岩的强度[4]。根据巷道变形情况及现场具体情况，具体施工规划如下：顶板围岩破碎严重，注浆锚索注浆前需进行巷道喷浆封闭裂隙；轨道巷需进行设备运输，前期先对18311皮顺进行修复加固。施工流程：按间排距钻孔→压风扫孔→安装注浆锚索及止浆塞→安装托盘张拉预紧→安装球形阀及注浆管→检查顶板完整性及裂隙发育程度→喷浆（如巷道表面有裂隙）→开泵搅拌配浆并注浆（缓慢增压）→达到注浆参数时停止注浆→30min后卸下球形阀，但不要过分用力，只要托盘贴紧巷壁，用板手上紧螺母即可。按如图3所示的巷道纵向锚注顺序，在巷道纵向采用隔排注浆，其顺序为1-1断面→3-3断面→5-5断面→2-2断面→4-4断面→6-6断面，重复上述过程。锚注成型效果如图4所示。
4社会、经济效益分析
东曲煤矿采用以水泥为核心的加固材料注浆的经济方案，通过一次主动加固围岩，减少二次支护，强化围岩自身强度和承载能力，提高了工作面的整体强度和平衡性。替代普通锚索、锚杆及注浆料投入，节省了支护费用。在以后的巷道维护过程中，通过对巷道顶板压力大、应力集中带区域以及后期会产生顶板离层和破碎等区域进行分析，决定先进行注浆锚索支护，后进行锚杆、锚索支护，这样可以减少浆液从锚杆、锚索的孔径处渗漏，支护效果会更好。根据地质条件情况，该煤矿巷道支护可以推广使用。目前东曲矿在18311综采工作面首次使用中空锚索注浆加固技术，效果良好，但施工工序较复杂，增大了施工期间工程量，下一步计划在东曲矿其他的煤层工作面陆续使用新型锚固注浆加固技术，以解决东曲矿巷道受回采应力影响引起的巷道变形量大、近距离煤层下覆层巷道支护困难等问题。
5结论
通过高强、全方位、深浅全面注浆加固围岩的设计，确保实际工程的稳定性。新型注浆锚索本身为全长锚固，将多层组合拱联成一个整体，提高了支护结构的整体强度和平衡性。替代普通锚索、锚杆及注浆料投入，节省支护费用。经验证，18311工作面支护修复效果良好，该技术可根据其他煤矿巷道支护地质条件情况进行推广使用，从而保证煤矿生产安全，降低运营成本，实现更好的应用价值。
参考文献
[1]王金喜.高应力软岩巷道锚壳喷支护机理研究[D].邯郸：河北工程大学，2007.
[2]党应强.浅埋深薄基岩煤层大采高综采工作面切眼支护优化研究[J].西安科技大学学报，2017，37（2）：178-180．
[3]秦帅，宋宏伟.松动圈围岩支护理论的研究与应用现状[J].西部探矿工程，2011（12）：105-107.
[4]顾广义，贺恒.巷道深、浅孔注浆技术在刘庄煤矿的成功应用与广泛推广[J].科技创新与应用，2016（16）：124.
作者：姜泽 单位：山西焦煤集团有限责任公司东曲煤矿