1 工程概況

濟寧二號井煤礦93下10工作面運順設計沿原93下10運順擴刷，原巷道于2013年3-12月份施工，受上覆93上15工作面回采動壓影響，局部區段完全垮冒。

93下10工作面所采煤層為3下煤，3下煤層標高-745.5～-784.6m，平均-765.1m；地面標高+33.34～+42.81m，平均+35.73m。3下煤與3上煤采空區間距7.6~21.1m，其中掘進開口附近煤層間距21.1m，切眼附近煤層間距7.6m。

93下10運順擴刷掘進時，破碎頂板及垮冒碎石“隨掘隨冒”，嚴重影響掘進安全與掘進效率。下圖1-1為現場垮冒段頂板“V”型斷裂與冒落矸石“松散”堆積圖。

2 原支護方案及存在的問題

93下10運順新巷道設計長度743.27m，服務年限3年，斷面為寬×高=4800（5000）×3600mm。巷道超前支護采用樹脂錨桿，間距300mm，傾角5°；支護錨桿采用φ22×2400mm高強樹脂錨桿，間排距800×800mm；錨索采用φ22×7000mm的樹脂錨索，間排距1200×800mm。

原支護存在以下問題：（1）冒落矸石松散堆積，受掘進擾動，流動垮落；（2）已垮冒的頂板圍巖失去自穩性能，采用超前樹脂錨桿支護剛性太低；（3）巷道圍巖破碎嚴重，普通樹脂錨桿/索錨固不可靠，其次頂板巖梁不是穩定層，起不到懸吊支護作用。

3.破碎頂板巷道圍巖超前預加固技術

破碎頂板巷道圍巖發育有大量原生裂隙、構造裂隙，裂隙面粘結強度低，圍巖易松弛滑落。為防止頂板破碎圍巖的滑落，傳統上超前支護與臨時支護多采用被動式支撐式支護，平衡破碎圍巖的重力。新高預緊力斜拉中空注漿錨索采用主動圍巖控制作用，原理如下：

（1）通過錨索預緊力擠壓頂板破碎圍巖，提高裂隙面之間的力學參數，起到主動支護圍巖體的作用；（2）斜拉錨索的豎向分力主動平衡了圍巖體的重力，對破碎頂板圍巖主動支撐；（3）中空注漿錨索注漿全錨，提高了超前支護系統的剛性，頂板破碎圍巖在微小擾動下即及時受到錨索的支護；（4）對于大的裂隙，漿液填充裂隙空間，對頂板破碎圍巖預加固。

本技術主要采用可注稠漿的中空錨索與雙組份無機速凝稠漿材料，短時間提內對破碎頂板的超前支護，具體方案如下：

（1） 采用高強支護材料，減小超前支護間距，提高超前支護效率。中空注漿錨索直徑不低于φ22mm，破斷力不低于400KN。

（2） 錨索注漿全錨，提高了超前支護系統的剛性，頂板破碎圍巖在微小擾動下即及時受到錨索的支護。注漿材料采用速凝無機材料，混合的漿液固結用時短、強度高、不收縮，錨固效果好，錨固可靠。

（3） 頂板破碎圍巖裂隙發育，錨索注漿可實現圍巖體的注漿加固，要求采用的速凝無機材料的混合漿液稠度高、不自流，固結用時短。傳統注漿材料擴散流動性好，漿液因自重作用向下流動，不能充填加固上部裂隙，存在淺部頂板圍巖整體垮冒的可能性。

（4） 破碎圍巖裂隙發育，通過主動擠壓力，減弱弱面效應，提高頂板圍巖的整體性。中空注漿錨索端頭樹脂錨固，及時施加預緊力，預緊力不低于100KN。

（5） 錨索為柔性材料，抗拉不抗彎。中空注漿錨索采用斜拉方式，傾角40°~60°，沿巷道軸線分力擠壓破碎圍巖，垂向分力對頂板圍巖起支撐作用。

（6） 錨索要求錨固在穩定巖層中，頂板的深度＞4.0m。超前支護中空注漿錨索的長度不低于6.0m。

（7） 破碎頂板圍巖自穩性差，為提高掘巷效率，執行一排一支一注漿，適當提高超前注漿錨索間距。超前注漿錨索間距不低于1000mm，排距不高于1000mm，優先5.5m寬巷道，頂板可均布3顆超前中空注漿錨索。

4.技術方案

1.支護原則

（1）工作面迎頭施工高預緊力斜拉中空注漿錨索，及時注漿，控制巷道破碎頂板的“隨掘隨冒”；

（2）巷道擴刷開挖后，及時錨網索或者架棚支護，提高破碎巷道的主動支護能力；

（3）為減小巷道后期及采動變形，滯后補打注漿錨索加固/支護巷道。

2.支護設計方案

施工順序：迎頭施工斜拉中空注漿錨索→預注漿固化頂板圍巖→截割→錨網索支護/架棚支護→滯后二次錨注支護。

（1）截割前，采用中空注漿錨索對巷道迎頭前方3~5m范圍內頂板圍巖進行加固。中空注漿錨索規格為φ22×7300mm，每排施工3根，錨索角度為水平向上45-75°，采用一根CK23/70錨固劑進行端錨，見下圖4-1。使用雙組份無機速凝注漿材料進行超前預注漿加固，漿液5-10min初凝，1h抗壓強度達15MPa。

（2）待迎頭頂板凝固后，采取小循環截割掘進，每循環掘進進尺不大于1.5m，排距不大于0.8m。截割后進行錨網支護，頂部采用樹脂錨桿規格為Φ22×2400mm，間排距為800×800mm。

（3）迎頭錨網支護完畢后，緊跟迎頭進行架設單體棚進行加強支護，架棚距離迎頭不大于2排，其中棚梁使用長5000mm的礦用12#工字鋼，棚腿采用適合現場高度的單體液壓支柱，采用200×200×1200mm方木、120×60×1200mm半圓木等木料配合接頂，采用木楔剎緊。

（4）架棚支護后，滯后施工中空注漿錨索，規格φ22×7300mm，方向與巷道巖面垂直，間排距1600*1600mm，采用MZM-70高強無機注漿錨固料進行注漿加固。支護圖見下圖4-2/4-3。

5.工程試驗效果

1.工程效果

超前預注漿使用DZM-50雙組份無機注漿加固料，水灰比1:2.5，使用2ZBQ-9/6型礦用氣動雙缸注漿泵，混合比1:1。效果圖如下圖5-1/5-2：

2.超前預注漿分析

中空注漿錨索DZM-50雙液無機注漿量（袋）統計圖如下圖5-3，由注漿量統計圖分析：

（1）單根錨索注漿量多數處于10~15袋范圍，少數錨索注漿量＜5袋，極少數錨索注漿量＞25袋；

（2）單根錨索注漿量變化較大，通常1顆注漿量較大，附近錨索注漿量較小；

（3）依據統計，左側錨索29顆總注漿量329袋，每顆錨索平均注漿11.3袋；中間錨索25顆，平均每顆錨索注漿13.3袋；右側錨索17顆，平均每顆錨索16.3袋；注漿錨索數量與單顆注漿量呈反比；

（4）合計施工63排，總注漿量937袋，平均每排14.87袋，合0.37t/排。

3.滯后注漿統計分析

中空錨索滯后高強注漿MZM-70統計圖表如下圖5-4，由統計圖分析：

（1） 滯后注漿錨索統計23顆，合計注漿量78袋，平均每顆錨索注漿3.39袋，合84.75Kg；

（2） 依據統計表，613排之前，錨索注漿量2~3袋；615排之后，錨索注漿量3~5袋；

（3） 滯后高強注漿的主要目的是錨桿索全錨，相對超前注漿量大大降低。

6.結論

（1）高預緊力斜拉中空注漿錨索錨注/全錨超前支護，提高了破碎頂板圍巖的自穩性，杜絕了巷道受擾動“隨掘隨冒”，解決了破碎頂板圍巖巷道的超前支護的難題。

（2）超前預注漿漿液固結時間短，不影響正常掘進，施工效率高；超前支護成本低，經濟效益高；超前支護效果好，滿足破碎頂板巷道圍巖控制的要求。