工作面顺槽围岩锚注加固技术的应用研究

工作面顺槽围岩锚注加固技术的应工作面顺槽围岩锚注加固技术的应 用研究用研究 摘要 某矿针对 7244 工作面顺槽的围岩特点 在高性能预 拉力锚带网索基本支护的基础之上 配以另外两种支护技术手 段 采用锚注喷联合支护方式 现场实践表明 该支护方式有 效控制了巷道变形 增强了巷道支护的稳定性和完整性 而且 有效地控制了水患 效果显著 关键词 锚注加固 联合支护 效果 1 工作面概况 某矿 7214 工作面位于第一水平四采区 北四采区上山右 翼第二阶段 上部为 7242 工作面采空区 南边 7243 工作面正 在回采 地面标高 23 96 24 5m 工作面标高 336 0 404 0m 工作面走向长 740m 倾斜长 140m 煤层为 72 煤 根据钻孔资料 72 煤厚 0 7 2 0m 平均厚 1 6m 含 0 2 0 5m 厚的夹矸 煤层赋存倾角 25o 7244 工作面构造较简单 未揭 露断层 但顶板破碎 易冒顶 另根据矿井 72 煤层采掘资料 瓦斯涌出量大 属于高瓦斯煤层 水文地质条件较复杂 老顶 砂岩裂隙水发育 采掘过程中顶板出现滴水 淋水 涌水现象 对掘进影响很大 最大涌水量为 20m3 h 正常涌水量 15m3 h 煤尘有爆炸危险 煤层自自然发火倾向 地温高 地 压大 巷道沿 72 煤层砂岩顶板掘进 如图 1 所示 从现场实际 情况看 砂岩顶板岩层中间见软弱夹层 属砂岩泥岩互层 泥 质程度较高 同时该砂岩顶板组分复杂 易风化变脆 在顶板 微弱弯曲应力的作用下极易脆裂 顶板随即失去连续性和完整 性 由于地压较大 掘进期间围岩变形量十分强烈 特别是两 帮移近量较大 从施工现场来看 煤层倾角偏大 偏软破碎 掘进期间高帮变形较大 片帮严重 围岩控制相对较困难 采 用爆破掘进 断面高帮底角处要破帮破底 对煤帮维护特别是 高帮的完整性不利 且直接底为泥岩 稳定性差 巷道局部地 段顶板的淋水 局部地段顶 帮的渗水 使顶板和帮部围岩泥 化严重 不仅降低了岩层自身的强度 进一步破坏了顶板岩层 和煤帮的稳定性 同时泥化的软弱岩层膨胀变形加剧 锚固层 逐渐失效 不利于巷道的维护 2 巷道支护现状及存在问题 1 该巷道原采用锚杆锚索联合支护 局部地段辅以矿用工 字钢棚支护的方式 由于锚固长度不够 锚固区外岩层移动量 大 致使巷道围岩整体向巷内移动很大 2 锚索 5m 的间距太大 仅起到微弱的补强作用 对围岩 初期的变形根本未起到抑制作用 只有顶部围岩离层移动后锚 索才起到悬吊作用 支护作用明显滞后 高帮侧锚索太大的间 距造成巷帮两锚索之间中部围岩控制作用 失空 煤岩体不协 调变形 导致锚杆受强烈的剪切破坏 帮角锚杆破断失效较普 遍 进一步减弱了高帮的支护 形成锚固区煤体整体移动 变 形量较大 顶 帮均有渗水 局部地段顶板有较大淋水 使巷 道弱质岩层大量快速泥化 锚固逐渐失效 巷道围岩急剧膨胀 变形 巷道断面收缩严重 多数地段甚至出现局部冒顶 严重 威胁巷道的正常掘进 4 矿用工字钢梯形支架承载力较低 不能有效控制两帮煤 体的快速移近 在掘进期间即形成倒扎角 采用大断面预留变 形时 顶梁跨度增加使支架的承载性能快速衰减 进一步降低 了支护效果 目前的架棚施工工艺不能保证顶板三角区填实 棚梁接口结构不严不实 支架稳定性大大降低 顶梁约束小 两帮柱腿内扎时 梯形支架很容易失稳 导致垮棚 采用矿用 工字钢对棚支护效果也不明显 5 锚杆和工字钢联合支护段 主要问题是刚度不匹配 不 能同步协调承载 首先锚杆不能形成有效的初锚力 支护不及 时 初期支护阻力偏低 因而不能有效控制初期的变形 其次 巷道围岩发生变形后 对工字钢形成压力 由于抗侧压能力极 低 工字钢很快形成倒扎角 根本形不成有效的支护 因而对 锚杆支护的作用很小或形不成加强支护效果 最终由于围岩变 形过大 支护失效 3 合理支护参数设计 根据该矿 7 煤层的围岩条件和支护现状 经过对现场实 际情况的分析研究 确定该工作面回采巷道采用锚注喷联合支 护方案 巷道顶板采用 6 根 m22 2400mm 螺纹钢等强预拉力锚杆 加 4 1m 长 m4 型钢带以及菱形金属网联合支护 高帮采用 5 根 m22 2400mm 螺纹钢等强预拉力锚杆加 3 3m 长 m3 型钢带及菱 形金属网联合支护 每根锚杆采用 2 节 z2555 型中速树脂药卷 加长锚固 锚杆间排距 800mm 800mm 低帮采用 3 根 m20 2200mm 螺纹钢等强预拉力锚杆加 1 3m 长 m3 型钢带及菱 形金属网联合支护 每根锚杆采用 2 节 z2555 型中速树脂药卷 加长锚固 锚杆间距为 600mm 800mm 顶板每 2 排锚杆布置 2 套距离巷帮 1 0m 高预应力锚索系统 钢绞线规格为 18 24mm 6 3m 垂直顶板方向再向外带 15o 20o 锚索间距 1800 2000mm 排距为 1600mm 采用 1 节 k2555 快速树脂药 卷和 3 节 z2555 中速树脂药卷加长锚固 高帮每 2 排锚杆布置 2 套高预应力锚索梁系统 钢绞线规格为 18 24mm 4 8m 梁采 用 1 3m 长的 m4 型钢带 锚索穿过钢带眼孔 两锚索间距 1000mm 排距为 1600mm 上下锚索分别与水平方向成 30o 30o 扎向巷帮顶底板 下锚索距巷帮底板 0 5m 每孔 采用 1 节 k2555 快速树脂药卷和 3 节 z2555 中速树脂药卷加长 锚固 在无水区喷 30 50mm 混凝土防止煤岩体风化潮解 在顶 帮潮解区喷 70 100mm 混凝土 在顶 帮渗流区采用 15mm 钢管制成长 3000mm 的注浆锚杆进行煤岩层内部注浆 注浆孔 直径为 42mm 孔深 3 5m 钢管伸入孔底端 1 5 2 0m 长度内 错开钻孔 孔径由大逐渐变小 前端孔径为 8mm 后端孔径为 4mm 采用新型堵水材料马丽散 每孔注 4 8 桶 注浆时间每 孔 20min 左右 4 施工工艺及要求 巷道顶板锚杆由巷道中部向两侧施工 巷道两帮锚杆由巷 道上帮向下底角施工 施工工艺流程 钻巷道顶板中部锚杆孔 装树脂药卷 装组合好的锚杆 搅拌药卷 上紧锚杆螺母 依 次完成其他的顶板锚杆 准备安装帮锚杆 钻帮锚杆孔 装树 脂药卷 装组合好的锚杆 上紧锚杆螺母 依次完成其他的帮 锚杆 用风动扳手上紧所有螺母 用连同丝将金属网连好 为 方便工序及快速施工安装 顶锚索滞后迎头施工 5 8m 锚索 施工工艺流程 打顶板眼 送树脂药卷 搅拌树脂 拉钢绞线 注浆工艺 打注浆锚杆孔 安装注浆锚杆 喷 70mm 厚混凝土 注底角孔 注帮部孔 注顶板孔 注浆采用自下而上 左右 顺序作业的方式 注浆作业滞后迎头 10 20m 进行 严格控制锚杆钻孔深度 误差控制在 20 20mm 内 要 保证钻孔平 直 不出现台阶 孔壁要清洁 钻孔完成后 应 反复冲刷直至孔内出清水 不留煤岩粉 保证锚杆具有较高的 初锚力 丝扣外露 30mm 确保锚杆上紧时 仍留有丝扣 网 应封闭顶帮岩煤体 金属网搭接长度为 100mm 接扣间距 50mm 锚索钻孔必须保证钻孔直径 锚索直径 药卷直径合 理匹配 保证钢绞线外露 250 300mm 钻头为 27mm 或 28mm 钻孔要直 锚索钻孔施工完毕后 立即安装药卷 搅拌 时间 20 30 s 时间不要过长或过短 应保证药卷搅拌充分 锚索锚固段用一些细铁丝做成毛刺 成 型 同时在锚固段底 部加挡环 辅以搅拌药卷 保证药卷的搅拌均匀到位 5 矿压监测 为了观测锚杆支护效果 研究支护参数的合理性 需设置 相应的测站 对围岩表面位移 顶板离层状况 锚杆载荷进行 观测 采用测杆或测枪测量巷道相对变形量 从而判断巷道的稳 定性 每隔 50m 安装 1 个顶板离层指示仪 共安装 15 个 监 测顶板稳定性 安装 20 个锚杆压力枕以监测锚杆强度是否合适 采用扭力扳手检查锚杆安装质量 6 结论 1 该矿复杂地质条件下采用锚注喷联合支护 以控制水患 为核心 在高性能预拉力锚带网索基本支护的基础之上 配以 另外两种支护技术手段 分步支护 内外兼治 达到治标又治 本 治表又治里的最终目的 明显改善了巷道围岩的受力状态 和巷道整体承载能力 有效地控制了巷道变形 确保了巷道的 长期稳定 支护效果显著 2 喷射混凝土 不仅可以防止围岩表面风化 改善围岩表 面性能 提高承载能力 而且在围岩中形成一定范围的非弹性 变形区 使围岩的自支承能力得以充分发挥 另外 浆液封闭 围岩表面后 顶板滴水和淋水现象减弱 大大改善施工现场作 业环境 岩层内部注浆将岩层内的裂隙或破碎围岩胶结在一起 形成完整岩体 提高围岩自身的承载能力 另一方面 使顶板 涌永失去通道 减小顶板滴水和淋水现象 3 减少了巷道维修费用 降低了事故的发生几率 提高了 社会效益和经济