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摘要：燕家河煤矿回风下山由于受围岩蠕变特性、动压等因素影响，巷道出现了较大变形甚至破坏。在分析回风下山变形特征的基础上，采用全断面锚注联合加固技术对回风下山破坏较严重段进行了修复加固，有效控制围岩变形与破坏。
关键词：锚注；巷道加固；锚索束；回风下山
中图分类号：TD353
Abstract： Due to the surrounding rock creep properties and dynamic pressure， the return-air dip of Yanjiahe coal mine had appeared big deformation even failure. Base on the analysis of the deformation， characteristics， it makes a success to control the deformation to reinforce the return-air dip with the whole section bolt-grouting technology for serious destroyed section.
Keywords： bolt-grouting； dip reinforce； anchor beam； return-air dip
1 工程概况
燕家河煤矿主采侏罗系8煤层，矿井采用斜井开拓，设置行人、回风、胶带机和轨道等4条下山单翼开采。回风下山布置在8煤层（平均厚度5.70m）附近，巷道大面4.4m×4.5m，其巷道围岩主要由粉砂岩、泥岩、泥质粉砂岩、砂质泥岩及煤层组成，且8煤层底板普遍分布一层含有高粘土矿物和有机质的铝土质泥岩，软弱且遇水易膨胀。根据巷道长期变形特性和围岩岩性分析，回风下山围岩属于高泥质、蠕变型软岩。
回风下山初次支护采用全螺纹钢锚杆及钢绞线锚索联合支护，由于受采煤工作面超前支承压力的影响，巷道整体出现了较大的变形，主要表现为底鼓、顶板下沉、巷道表面破碎（图1）。为维护巷道的基本稳定，采用高强锚网索（参数见图1）对变形严重巷道段进行了多次返修，但返修巷道随着时间的推移变形仍不断增加，整体变形大（一次起底量高达600mm），难以满足矿井的通风要求。
图1 巷道破坏形式及返修巷道的支护方式
2 巷道破坏原因分析及巷道返修对策
为解决巷道稳定支护，通过现场考察及室内实验、矿井地质资料分析认为，回风下山的破坏原因主要有以下几点：
（1）围岩强度低，整体性差。回风下山巷道围岩主要为泥质岩类软岩，这种具有蠕变特性的围岩是造成巷道持续变形的根本原因。
（2）巷道初次锚网支护没能有效控制围岩初期变形，导致塑性破坏向围岩深部进一步发展[1]。
（3）在采煤工作面超前支承压力作用下，加剧了岩性变软和支护系统锚固性能弱化。巷道返修方案尽管采用高强锚网支护，但由于围岩锚固性能差，在巷道支护系统受力增大后，因锚固力较小而导致支护系统失效。
根据回风下山的支护实践，维护巷道稳定的关键在于改善围岩的锚固性能，使得支护系统能充分发挥其主动支护性能，在此基础上，提出高全断面锚注加固巷道修复技术。
锚注联合加固技术综合了锚杆（索）和注浆加固的技术优点，注浆使得破碎煤岩体胶结成一体，提高了煤岩体的整体强度和稳定性；浆液将锚杆（索）与钻孔间隙及围岩裂隙全部充满，使支护系统锚固性能得以保障，全面调动了围岩的自身承载能力和锚杆（索）的加固性能；大长度柔性锚索使锚注联合加固支护体系中的“加固拱”厚度大增，形成多种形式的组合拱[2-3]（图2），强有力地保证了巷道的长期稳定。
图2 全断面锚注加固形成多种形式的组合拱
3 全断面锚注加固技术方案及施工
3.1巷道加固设计方案
巷道加固时，首先对巷道底板进行注浆锚索施工，然后对顶帮进行水泥注浆充填，滞后进行顶帮注浆锚索施工，最后进行全断面锚索孔内注化学浆加固。
（1）底板锚索设计
底板锚索采用3根φ17.8×15000mm高强度低松弛钢绞线组成的锚索束（图3），配用12#矿用工字钢作底梁和400×200×16mm的托盘。
（a）断面图 （b）平面图
图3底板锚索布置示意图
（2）顶帮水泥充填孔及锚索设计参数
顶帮水泥浆充填孔排距2.0m，孔间距以顶板中心为基准点向两帮均匀布孔，两底角注浆孔距底板不超过500mm，水泥浆充填孔深2.5m，孔径Φ42mm。
注浆孔及锚索布置如图4。
（a）断面图 （b）平面图
图4顶帮水泥充填孔及锚索布置图
3.2加固方案施工
（1）底板锚索施工
底板锚索孔采用DZQ-100型底板锚索钻机施工后，将顺直并装有导向帽的锚索束推送至孔底，然后灌入P.O.32.5水泥配制的水泥浆（水灰比0.6：1），7d后安装工字钢梁、托盘进行张拉，单根拉力120kN。通过预埋的浅部封孔注浆管封孔，通过预埋的深部注浆管对锚索孔进行深部注浆。
（2）水泥注浆施工
水泥浆水灰比0.6～0.8：1，添加浓度20～30 Be’水玻璃（水泥用量的3～20%）。注浆泵排浆端采用φ19mm 的高压胶管输送。
顶帮水泥注浆终压4MPa，底板锚索化学浆（伯雷音）注浆压力6～8MPa。
施工过程中，通过调整浆液的渗透性和注浆终压，保证实际有效扩散半径不小于孔间距的0.65～0.75倍，使得注浆孔的渗透范围有一定的交叉。
4 巷道加固效果分析
为了科学评价巷道加固效果，采用“十字法”设置2个围岩收敛变形观测站（1#和2#），观测结果如图5。
测站1 测站2
图5巷道变形观测曲线
回风下山在进行全断面注浆加固后，巷道变形速度明显降低，表明加固效果良好。在巷道观测期间：测站1两帮最大移近量55mm，顶底板最大移近量110mm；测站2两帮最大移近量60mm，顶底板最大移近量115mm。上述变形值主要发生在锚索施工后15d左右但尚未注浆前，注浆后的巷道围岩表面位移明显减少，并很快趋于稳定。
5结论
通过对回风下山巷道的变形观测结果可以看出，巷道采用全断面锚注联合加固技术，有效地控制了巷道围岩的变形，解决了巷道底臌及大变形的技术难题，取得了较好的支护效果。
参考文献
[1]董方庭.巷道围岩松动圈支护理论及应用技术[M].北京：煤炭工业出版社，2001.
[2]任松杰，梁顺，蒋志刚，等.基于UDEC的深部破碎围岩巷道锚注支护应用研究[J].煤炭技术，2011，（12）.
[3]郭健卿.软岩控制理论与应用[M].北京：冶金工业出版社，2011.
关键词：锚注；巷道加固；锚索束；回风下山
中图分类号：TD353
Abstract： Due to the surrounding rock creep properties and dynamic pressure， the return-air dip of Yanjiahe coal mine had appeared big deformation even failure. Base on the analysis of the deformation， characteristics， it makes a success to control the deformation to reinforce the return-air dip with the whole section bolt-grouting technology for serious destroyed section.
Keywords： bolt-grouting； dip reinforce； anchor beam； return-air dip
1 工程概况
燕家河煤矿主采侏罗系8煤层，矿井采用斜井开拓，设置行人、回风、胶带机和轨道等4条下山单翼开采。回风下山布置在8煤层（平均厚度5.70m）附近，巷道大面4.4m×4.5m，其巷道围岩主要由粉砂岩、泥岩、泥质粉砂岩、砂质泥岩及煤层组成，且8煤层底板普遍分布一层含有高粘土矿物和有机质的铝土质泥岩，软弱且遇水易膨胀。根据巷道长期变形特性和围岩岩性分析，回风下山围岩属于高泥质、蠕变型软岩。
回风下山初次支护采用全螺纹钢锚杆及钢绞线锚索联合支护，由于受采煤工作面超前支承压力的影响，巷道整体出现了较大的变形，主要表现为底鼓、顶板下沉、巷道表面破碎（图1）。为维护巷道的基本稳定，采用高强锚网索（参数见图1）对变形严重巷道段进行了多次返修，但返修巷道随着时间的推移变形仍不断增加，整体变形大（一次起底量高达600mm），难以满足矿井的通风要求。
图1 巷道破坏形式及返修巷道的支护方式
2 巷道破坏原因分析及巷道返修对策
为解决巷道稳定支护，通过现场考察及室内实验、矿井地质资料分析认为，回风下山的破坏原因主要有以下几点：
（1）围岩强度低，整体性差。回风下山巷道围岩主要为泥质岩类软岩，这种具有蠕变特性的围岩是造成巷道持续变形的根本原因。
（2）巷道初次锚网支护没能有效控制围岩初期变形，导致塑性破坏向围岩深部进一步发展[1]。
（3）在采煤工作面超前支承压力作用下，加剧了岩性变软和支护系统锚固性能弱化。巷道返修方案尽管采用高强锚网支护，但由于围岩锚固性能差，在巷道支护系统受力增大后，因锚固力较小而导致支护系统失效。
根据回风下山的支护实践，维护巷道稳定的关键在于改善围岩的锚固性能，使得支护系统能充分发挥其主动支护性能，在此基础上，提出高全断面锚注加固巷道修复技术。
锚注联合加固技术综合了锚杆（索）和注浆加固的技术优点，注浆使得破碎煤岩体胶结成一体，提高了煤岩体的整体强度和稳定性；浆液将锚杆（索）与钻孔间隙及围岩裂隙全部充满，使支护系统锚固性能得以保障，全面调动了围岩的自身承载能力和锚杆（索）的加固性能；大长度柔性锚索使锚注联合加固支护体系中的“加固拱”厚度大增，形成多种形式的组合拱[2-3]（图2），强有力地保证了巷道的长期稳定。
图2 全断面锚注加固形成多种形式的组合拱
3 全断面锚注加固技术方案及施工
3.1巷道加固设计方案
巷道加固时，首先对巷道底板进行注浆锚索施工，然后对顶帮进行水泥注浆充填，滞后进行顶帮注浆锚索施工，最后进行全断面锚索孔内注化学浆加固。
（1）底板锚索设计
底板锚索采用3根φ17.8×15000mm高强度低松弛钢绞线组成的锚索束（图3），配用12#矿用工字钢作底梁和400×200×16mm的托盘。
（a）断面图 （b）平面图
图3底板锚索布置示意图
（2）顶帮水泥充填孔及锚索设计参数
顶帮水泥浆充填孔排距2.0m，孔间距以顶板中心为基准点向两帮均匀布孔，两底角注浆孔距底板不超过500mm，水泥浆充填孔深2.5m，孔径Φ42mm。
注浆孔及锚索布置如图4。
（a）断面图 （b）平面图
图4顶帮水泥充填孔及锚索布置图
3.2加固方案施工
（1）底板锚索施工
底板锚索孔采用DZQ-100型底板锚索钻机施工后，将顺直并装有导向帽的锚索束推送至孔底，然后灌入P.O.32.5水泥配制的水泥浆（水灰比0.6：1），7d后安装工字钢梁、托盘进行张拉，单根拉力120kN。通过预埋的浅部封孔注浆管封孔，通过预埋的深部注浆管对锚索孔进行深部注浆。
（2）水泥注浆施工
水泥浆水灰比0.6～0.8：1，添加浓度20～30 Be’水玻璃（水泥用量的3～20%）。注浆泵排浆端采用φ19mm 的高压胶管输送。
顶帮水泥注浆终压4MPa，底板锚索化学浆（伯雷音）注浆压力6～8MPa。
施工过程中，通过调整浆液的渗透性和注浆终压，保证实际有效扩散半径不小于孔间距的0.65～0.75倍，使得注浆孔的渗透范围有一定的交叉。
4 巷道加固效果分析
为了科学评价巷道加固效果，采用“十字法”设置2个围岩收敛变形观测站（1#和2#），观测结果如图5。
测站1 测站2
图5巷道变形观测曲线
回风下山在进行全断面注浆加固后，巷道变形速度明显降低，表明加固效果良好。在巷道观测期间：测站1两帮最大移近量55mm，顶底板最大移近量110mm；测站2两帮最大移近量60mm，顶底板最大移近量115mm。上述变形值主要发生在锚索施工后15d左右但尚未注浆前，注浆后的巷道围岩表面位移明显减少，并很快趋于稳定。
5结论
通过对回风下山巷道的变形观测结果可以看出，巷道采用全断面锚注联合加固技术，有效地控制了巷道围岩的变形，解决了巷道底臌及大变形的技术难题，取得了较好的支护效果。
参考文献
[1]董方庭.巷道围岩松动圈支护理论及应用技术[M].北京：煤炭工业出版社，2001.
[2]任松杰，梁顺，蒋志刚，等.基于UDEC的深部破碎围岩巷道锚注支护应用研究[J].煤炭技术，2011，（12）.
[3]郭健卿.软岩控制理论与应用[M].北京：冶金工业出版社，2011.