軟巖支護技術在下石節(jié)煤應用

陜西彬長礦業(yè)集團胡家河礦業(yè)公司 任軍產

軟巖支護技術在下石節(jié)煤應用

陜西彬長礦業(yè)集團胡家河礦業(yè)公司 任軍產

下石節(jié)煤礦隸屬于陜西省銅川礦務局焦平礦區(qū)，主采煤系為4-2#煤層，是一個年產180萬噸的國有重點高產高效礦井.其井筒開拓方式為三條斜井中央并列式開拓，三條主井筒圍巖以泥巖、根土巖和炭質泥巖、花斑泥巖、粉沙巖及砂質泥巖為主，其厚度達10m以上，極為破碎，團塊狀結構，遇水及易膨脹，易冒落。每年因井筒的維修耗費大量的人力、財力，而且極大的制約著通風安全及生產。

軟巖支護技術將松散破碎的圍巖膠結成整體，提高了巖體的強度，使巷道圍巖保持穩(wěn)定而不易產生破壞。此項技術的推廣應用，取得良好的社會經濟效益。

軟巖 支護技術 應用

下石節(jié)煤礦由于以往三條主井筒大多都采用以砌碹為主的被動支護形式，這種支護形式基本不具備初阻力，只是在圍巖變形后，隨著圍巖變形的增加，支護阻力隨之增大，由于圍巖變形后，支護阻力急速上升，造成碹帽變形破壞，常出現巷道底臌、幫臌、局部碹帽下沉、出現尖頂、平頂現象，且碹帽被擠壓破碎。在軟巖巷道內采用砌碹支護，巷道返修率高，資金投入量大，平均每2～3年就得返碹維修一次。嚴重影響礦井通風安全及生產，且由于反復維修，使碹帽頂部軟巖多次松動、脫層、離層，局部冒頂區(qū)在一次次的維修中，頂板軟巖不斷跨落，而冒頂頂部沒有好的辦法充填、接頂，使風井圍巖的松動圈不斷擴大，巷道頂部跨落自然拱加高加寬，最高處達10m以上，最寬處達6m左右，。這些都給以后巷道維修帶來了很大困難。

局礦多方考察研究，確定在下石節(jié)煤礦風井進行軟巖支護試驗，即錨注支護試驗，大力推進錨注技術和管理創(chuàng)新，深挖潛力，強化管理，認真組織職工學習，現場實習操作，并重新購買了兩臺噴漿機、兩臺注漿泵，增加施工隊伍，使錨注支護這一新技術在下石節(jié)礦迅速應用推廣。

一、錨注支護概述

軟巖動壓巷道是煤礦巷道支護的難點，它的特點是圍巖破裂范圍大且圍巖變形量大。為擴大錨桿支護的范圍，近幾年來我國煤礦在軟巖動壓巷道中曾多次試驗錨噴支護、可拉伸錨桿、全長錨固錨桿、組合錨桿、桁架錨桿及高強度樹脂錨桿，但軟巖巷道的破裂區(qū)通常寬達2～3m，單純使用錨桿或組合錨桿，使破裂區(qū)完全處于受壓狀態(tài)而形成平衡拱是較難實現的。利用錨桿兼做注漿管，實現外注內錨，是擴大錨桿在軟巖動壓巷道中使用范圍的一項新的途徑。

對于節(jié)理裂隙發(fā)育的軟巖，注漿可改變圍巖的松散結構，提高粘結力和內摩擦角，封閉裂隙阻止水對巖體侵蝕，使巖體強度顯著提高。注漿加固還可為錨桿提供可靠的著力基礎，使錨桿對松散圍巖的錨固作用得以發(fā)揮。但是注漿只能在圍巖的一定深度進行，軟巖巷道圍巖表面往往破裂，形成了一定寬度的破裂層，所以注漿無法在圍巖表面進行，還需與錨噴支護共同維持巷道圍巖周邊的穩(wěn)定。因此，采取錨噴與注漿相結合的方法，使錨噴和注漿各自的范圍得到擴展，大大提高對軟巖的支護效果，擴大了錨桿的使用范圍。

二、錨注支護施工工藝

（一）、錨注施工工藝確定

在下石節(jié)煤礦采用錨注支護工藝施工過程中，開始采用的施工工藝為：臨時架棚加固原碹體—破碹、擴幫、挑頂至設計斷面—打錨桿、掛網、打錨索—安裝注漿錨桿—噴漿（≮50mm）—注漿—復噴。

但這種施工工藝在施工中存在問題較多：a、打眼使用的風動鉆機，帶水作業(yè)時，軟巖遇水后迅速膨脹、風化、脫落且頻繁出現夾釬現象。B、采用掛菱形金屬網，網孔小，在以前錨噴巷道中使用，效果不好，很容易出現網包、離層。C、破除碹體后，再生偽頂很不穩(wěn)定，錨桿還未打完就會自行跨落下來，跨落高度為2～3m。

這些原因都嚴重影響著施工的正常進行，后經各部門共同研究，并總結經驗教訓，制定了切實可行的措施、辦法和施工工藝,使錨注施工順利開展進行。現錨注支護施工工藝過程為：

臨時架棚加固原碹體—破除碹體頂部碹帽—清渣、初噴（50mm）—打頂部錨桿—破除原碹體兩幫墻體并初噴（50mm）—打兩幫錨桿—在錨桿上掛縱橫鋼絲繩或金屬網形成組合錨桿—復噴（至巷道成形規(guī)整)—打注漿錨桿孔—安裝注漿錨桿—注漿。

1、臨時架棚加固原碹體：即在原碹體施工正頭架棚加固,棚距750mm。

2、破除碹體頂部碹帽、清渣、初噴50mm厚：即在破除原碹體頂部碹帽后，一邊清渣，一邊噴漿50mm厚，作為臨時支護，漿液配合比為水泥：沙子：石子=1：2：2（重量比）。

3、打頂部錨桿：即在初噴50mm厚的噴體上打錨桿，錨桿采用Φ20mm的螺紋鋼加工，錨桿長2250mm，錨桿布置間排距為750×750mm。

4、破除原碹體兩幫墻體、初噴50mm厚，打兩幫部錨桿：即在把頂板控制后，再破除兩巷幫墻體，初噴50mm厚，再在噴體上打兩幫部錨桿，錨桿規(guī)格及間排距同上，兩幫最下面一排錨桿（即底角錨桿）要有30~45度的下扎角。

5、在錨桿上掛縱橫鋼絲繩：即用廢舊鋼絲繩縱橫固定在錨桿上，并用鼓形托板將鋼絲繩拉緊、壓實，鼓形托板規(guī)格為：120*120*10mm的鐵托板。

6、復噴100mm厚：即噴漿直至將錨桿外露部分、鋼絲繩覆蓋嚴，并噴漿至巷道成形規(guī)整，因此噴漿最大厚度可達500mm。

7、打注漿錨桿孔、安裝注漿錨桿：即滯后施工正頭10m開始打注漿錨桿，注漿錨桿長1.5m，用4分有縫鋼管加工，注漿錨桿布置間排距為1500*1500mm；安裝注漿錨桿封孔采用空心式快硬膨脹水泥藥卷。規(guī)格：長250mm，其外徑為38mm，內徑為23mm。

8、注漿：注漿材料選用煤礦常用的525#硅酸鹽水泥，考慮到風井花斑泥巖有遇水崩解泥化的傾向，因此，風井錨注加固時必須控制好水泥漿液的水灰比，減少非飽和水的含量，則水灰比取0.75：1。注漿壓力定為3～4Mpa。根據我礦做的注漿記錄，每孔最大注漿量為2噸。平均每孔注漿量為500kg。注漿系統由：注漿泵、主干軟管、快速連接頭、三通閥異徑連接頭、截止閥等組成。

（二）、注漿錨桿及注漿

注漿錨桿由錨桿桿體、托板等部分組成。錨桿桿體為4分空心鋼管，分為注漿段、錨固段和尾部的螺紋段，在注漿段上鉆有交叉分布的注漿孔,錨固段的外面為快硬、高強的水泥錨固劑，其前部為擋環(huán)。

錨注支護的關鍵技術是注漿錨桿與鉆孔巖壁之間的密封。要求密封方法既有良好的密封性，能提供足夠的抵抗注漿壓力的能力，又具有簡便、快捷、低廉等優(yōu)點。試驗采用圓環(huán)體狀快硬、高強的密封錨固卷，密封錨固卷長度可按圍巖的裂隙發(fā)育程度和注漿壓力大小隨意調節(jié)。這種方法不僅結構簡單，操作方便，成本低廉，由于密封錨固卷密封長度較長且隨意調節(jié)，可有效防止高壓漿液從巖體裂隙向巷道空間外泄，而且密封錨固卷巧妙地將密封與錨固融為一體，不僅實現了“錨注一體化”，而且實現了“錨封一體化”，密封效果十分理想。

三、支護機理分析

錨注支護是以適應軟巖變形特征的先柔后剛的支護形式，先通過錨噴的組合拱原理，形成一個松散的組合拱以達到允許一定變形及卸壓的作用，在通過對圍巖的注漿加固獲取足夠的巖體強度來抗拒圍巖的變形，達到巷道圍巖的穩(wěn)定。

圍巖注漿的主要作用：

1、注漿后漿液將松散破碎的圍巖膠結成整體,即把原巖體內存在的裂隙注入高強度漿液后形成強筋骨，從而提高了巖體自身強度,有效地改變巖體的力學物理性質，實現利用圍巖本身作為支護結構的一部分,充分調動圍巖的自承能力。

2、采用注漿錨桿注漿，可以利用漿液封堵圍巖裂隙,隔絕空氣，防止圍巖風化，且能防止圍巖被水浸濕而降低圍巖的本身強度，提高圍巖的穩(wěn)定性。

3、利用注漿錨桿注漿充填圍巖裂隙，配合錨噴支護，可以形成一個多層有效組合拱，即噴網組合拱，錨桿壓縮組合拱及漿液擴散加固拱，從而擴大了支護結構的有效承載范圍，提高了支護結構的整體性和承載能力。

4、注漿加固后能使普通端錨固實現全長錨固，從而提高了錨桿的錨固性和可靠性，保證了支護結構的穩(wěn)定，且注漿錨桿的本身為全長錨固錨桿，他們共同將多層組合拱連成一個整體，共同承載，提高了支護結構的整體性。

5、注漿后使得作用在拱頂上的壓力能有效的傳遞到墻，通過對墻的加固，又能把載荷傳遞到底板，同時由于組合拱厚度的加大，這樣又能減少作用在底板上的載荷集中度，有利于減少底板巖石中的壓力，減輕底臌，從而提高了支護結構的承載能力，擴大支護結構的適應性。

四、施工設備（按一個施工點進行配備）

序號 設備名稱 設備型號 單位 數量1 風鉆 YT-24 臺 2 2 風鎬 臺 2 3 噴漿機 ZHP-70 臺 1 4 注漿機 QZB-50/6 臺 1

五、錨注支護效果分析

自下石節(jié)礦采用錨注支護加固以來，同時對錨注段巷道進行了礦壓觀測，根據觀測結果液壓枕讀數為零、測力錨桿讀數變化不大可知：注漿后圍巖的可錨性明顯提高，提高幅度在18.65%～264%之間，且巷道基本無變化，圍巖位移最大為2～3mm。

六、錨注支護社會經濟效益分析

雖然每米巷道支護成本比現有砌碹支護高，但避免了巷道反復修復的惡性循環(huán)，從長遠分析各項費用也明顯降低。為下石節(jié)礦軟巖巷道支護提供了新途徑，也為擴大錨桿支護的應用范圍、降低巷道支護成本，減輕工人勞動強度找到了一種新方法。已有的錨注支護實驗結果表明，該項技術在銅川焦坪礦區(qū)具有廣闊的應用前景，必將取得顯著的社會經濟效益。

七、注漿錨桿的技術管理

錨注支護四分技術六分管理，管理不到位則技術不可能指導生產，由于錨注支護隱蔽工程的特殊性，因此技術管理尤為重要。

1、組合錨桿安裝

錨桿間排距按設計要求，掛繩要直、緊、規(guī)范，錨桿眼深與錨桿配套，并且垂直于圍巖表面，安裝錨桿應保證樹脂的攪拌時間，并上緊托盤。

2、噴射混凝土：

（1）噴射混凝土應盡量作到厚度均勻，并滿足參數要求，杜絕漏噴、毛噴現象，以防止注漿時漏漿跑漿影響施工；

（2）噴射混凝土所用材料的標號、規(guī)格、材質，配比應符合設計要求，并混合均勻，保證噴層強度；

（3）噴漿手要正確掌握好噴漿頭與巖幫、頂的距離和噴頭方向、以保證材料消耗并達到預定噴層的強度要求；

（4）噴漿后24小時的養(yǎng)護必須認真實施，以保證混凝土的強度及防止脫水龜裂的出現，影響注漿效果；

3、注漿作業(yè)

（1）要保證注漿錨桿孔的設計間排距，并要求垂直與巖面，底角注漿錨桿下扎30～45度，要嚴格控制孔深，使其與注漿錨桿長度配套；

（2）使用快硬水泥藥卷應按規(guī)程作業(yè)，嚴格控制浸泡水時間，并保證夯實以滿足注漿壓力要求；

（3）漿液配比、水灰比和注漿終壓應滿足設計要求；

（4）開機前應檢查噴層和管路，檢查閥門是否完全開啟，管路接頭要牢靠、嚴密、有效；

（5）注漿作業(yè)應組成專門正規(guī)隊伍，注漿機械由專人負責，有專人監(jiān)督壓力表，注漿要加強信號聯系，保證注、停及時，反應快速；

（6）遇到漏、跑漿時，可暫停注漿，采取措施封堵漏漿處，過30分鐘后即可再注；

（7）注漿的空口閥應在注漿后6小時拆除，可在第二班進行，拆下的閥門要及時清洗干凈，然后抹上機油備用；

（8）每班注漿完畢，要及時清洗注漿泵及其管路、及時維護；

八、體會：

1、采用錨注支護技術在空間及時間上允許采用交叉平行作業(yè)，為快速維修巷道奠定了基礎，大大提高了巷道施工進度；

2、對修復巷道采用錨注支護技術，簡化了修復工序，降低了勞動強度，減少了修復工程量，為高應力軟巖巷道找到了一條安全快捷的修復方式；

3、采用錨注支護技術，將松散破碎的圍巖膠結成整體，提高了巖體的強度，使巷道保持穩(wěn)定而不易產生破壞；

4、利用注漿充填圍巖裂隙，配合錨噴支護，可以形成一個多層有效組合拱，極大的提高了支護結構的整體性和圍巖的自身承載能力；

5、將錨注支護技術應用于高應力軟巖巷道，為解決類似條件下巷道支護問題提供了先進技術，也為下石節(jié)礦軟巖巷道支護指明了方向；

6、通過在下石節(jié)礦錨注支護試驗中，平均每孔注漿量為500kg，可以肯定采用錨注支護技術是很適合該礦軟巖巷道支護的一種先進形式。錨注支護技術，已在下石節(jié)礦迅速推廣應用，并將取得良好的社會經濟效益。