錨注技術(shù)在深井軟巖巷道中的應(yīng)用

金希武 任金龍

0 引言

隨著大規(guī)模的礦山開采和采深的加大，深部高應(yīng)力極軟巖巷道支護(hù)問題日益突出，如淮北、淮南、龍口、徐州、鐵法、肥城、棗莊等地區(qū)的礦區(qū)。深部高應(yīng)力極軟巖巷道一般具有:1)巷道埋深大、受采動(dòng)影響或構(gòu)造應(yīng)力大;2)圍巖松軟破碎、流變性大;3)來壓時(shí)間快、初期變形量大、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng);4)圍巖遇水易于崩解、強(qiáng)度急劇降低等特點(diǎn)。如采用不適當(dāng)?shù)木S護(hù)措施，巷道圍巖變形愈加劇烈，最終將導(dǎo)致巷道破壞，探索高應(yīng)力極軟巖巷道合理支護(hù)方式成為亟待解決的重大問題。本文提出了以內(nèi)注漿錨桿為核心的錨注支護(hù)體系，以解決深部高應(yīng)力極軟巖巷道支護(hù)難題。近幾年來，對(duì)軟巖巷道、不良巖層巷道、軟弱圍巖巷道錨注支護(hù)問題進(jìn)行了研究和工程實(shí)踐，取得了豐碩的成果。在現(xiàn)有研究成果的基礎(chǔ)上，經(jīng)過不斷的探索和實(shí)踐，成功地將錨注支護(hù)技術(shù)應(yīng)用于支護(hù)十分困難的深部高應(yīng)力極軟巖巷道，較好地解決了這類巷道的支護(hù)問題。

1 錨注支護(hù)體系

與砌碹、金屬支架等被動(dòng)支護(hù)相比，錨桿支護(hù)最大的優(yōu)越性在于能及時(shí)主動(dòng)地支護(hù)圍巖，但錨桿支護(hù)的錨固力很大程度上取決于所錨巖體的力學(xué)性能。在深部高應(yīng)力極軟巖巷道，圍巖的可錨性較差是造成錨桿錨固力低和失效的重要原因。錨注新型支護(hù)技術(shù)巧妙地將錨桿和注漿結(jié)合起來，利用錨桿兼作注漿管，實(shí)現(xiàn)“錨注一體化”。可根據(jù)具體的圍巖條件，選擇如下相應(yīng)的錨注支護(hù)體系:1)錨、網(wǎng)、噴、注聯(lián)合支護(hù):用于圍巖極為破碎的情況下，巷道掘進(jìn)或翻修時(shí)，采用這種支護(hù)體系。2)錨、網(wǎng)(帶或繩)、梁、噴、注聯(lián)合支護(hù):這種支護(hù)體系是頂板采用錨、梁、噴支護(hù)，兩墻采用錨、網(wǎng)(帶或繩)、噴、注聯(lián)合支護(hù)。主要是針對(duì)巷道頂板含有強(qiáng)膨脹性蒙脫石或頂板易冒落而采取的措施。3)錨、帶(繩)、噴、注聯(lián)合支護(hù):用錨桿固定鋼筋帶或鋼絲繩、鋼筋帶或鋼絲繩將單體錨桿連接起來，發(fā)揮群體錨桿作用，亦稱“組合錨桿體系”，然后噴混凝土、注漿，進(jìn)一步提高支護(hù)能力。4)專門設(shè)計(jì)的支護(hù)體系:對(duì)于一些機(jī)電硐室、與井筒相連的馬頭門等，不能全面翻修，只能一次性加固時(shí)，采用較大直徑、較長(zhǎng)錨桿、較粗鋼筋帶與注漿錨桿注漿相結(jié)合的支護(hù)體系。5)底臌處理:除遇水泥化或無(wú)法在巷道底板打注漿孔時(shí)，一般都采用注漿錨桿，或注漿錨桿與組合錨桿聯(lián)合支護(hù)，能有效地提高底板強(qiáng)度，防止底臌或減小底臌量。另采用加長(zhǎng)底角錨桿及底角注漿錨桿，也能有效地控制巷道底臌。

2 錨注支護(hù)應(yīng)用

國(guó)投新集能源股份有限公司口孜東煤礦位于阜陽(yáng)市潁東區(qū)東南25 km處，第一水平位于－967 m，屬千米深井。－967 m水平等候室東通道巷道全長(zhǎng)48.5 m，巷道坡度為1.1‰，設(shè)計(jì)為錨網(wǎng)噴支護(hù)。受礦壓及地質(zhì)條件的影響，局部巷道頂板開裂，底板鼓起，采用適合深部高應(yīng)力下極軟巖巷道特點(diǎn)的錨注支護(hù)體系。

2.1 注漿材料

注漿錨桿采用6分焊管制作，鋼管直徑22 mm，壁厚為3 mm。淺孔注漿錨桿長(zhǎng)1 600 mm，深孔注漿錨桿長(zhǎng)2 000 mm，淺孔錨桿桿體上每隔150 mm，深孔錨桿桿體上每隔200 mm，按T字形梅花布置φ5 mm注漿孔;端部車70 mm的絲扣，制作M20螺紋。終端加工成扁狀，以增加注漿出口壓力。在注漿錨桿外段200 mm處纏繞棕繩(棉絲)，將其裝入眼孔，管頭外露不大于50 mm，用水泥或礦用樹脂藥卷封眼口，封堵嚴(yán)實(shí)，以防脫錨。

注漿材料以單液水泥漿為主，注漿水泥采用普通硅酸鹽水泥，水灰比為0.7∶1或1∶1。若單孔注漿壓力小，注漿量稍大，也可在單液水泥漿中加入水泥量的15%～20%水玻璃與其均勻攪拌注入，以節(jié)約材料，降低成本。

2.2 注漿參數(shù)

1)注漿鉆孔的規(guī)格:注漿鉆孔的間排距:1 600 mm×1 600 mm，根據(jù)巖性間排距可放大或縮小200 mm。

2)注漿管外露不超過50 mm。

3)鉆孔角度:巷道底腳注漿錨桿與巷道底板成30°～45°角，底腳錨注孔位與巷道底板距離不大于0.5 m，其余注漿錨桿均與巷道周邊輪廓垂直布置，最小角度不小于75°。

4)注漿孔直徑32 mm，淺孔孔深2 000 mm，深孔孔深2 500 mm。

5)注漿擴(kuò)散半徑及注漿壓力:a.注漿擴(kuò)散半徑:注漿擴(kuò)散半徑按巷道圍巖裂隙考慮，取3.5 m～5.0 m。b.注漿壓力:注漿壓力頂板為3 MPa，幫部為2 MPa，底板為2 MPa。

6)漿液配制:a.水泥漿的配制。配制水泥漿時(shí)，按設(shè)計(jì)配合比配制，力求加料嚴(yán)格準(zhǔn)確，并攪拌均勻。b.現(xiàn)場(chǎng)每桶漿液配制。攪拌桶容積0.25 m3，滿桶時(shí):用水188 kg、水泥4袋;桶2/3處:用水167 kg、水泥3袋。

2.3 注漿工藝

采用單、雙排孔間排交錯(cuò)的聯(lián)合布置，按間排距1 600 mm×1 600 mm布置注漿孔，注漿孔深度淺孔選 2 000 mm，深孔選2 500 mm。先施工單排淺孔，間隔24 h后，再施工雙排深孔。巷道底腳注漿孔口管與巷道底板成30°～45°角，其余孔口管均與巷道周邊輪廓成垂直布置。

對(duì)幫、頂及底板進(jìn)行間隔式單、雙排孔注漿作業(yè)時(shí)，先按排距3.2 m打單排淺孔注漿，每排布置7根錨注管，注漿結(jié)束后再在兩單排淺眼中間重新間隔3.2 m打雙排深孔復(fù)注深孔，每排為7根錨注管。注漿順序:自下而上逐排進(jìn)行，先注排號(hào)為1，3，5，7后注2，4，6;底板布置3根1 600 mm錨注管，注漿順序?yàn)閺膬蛇叺街虚g。

2.4 技術(shù)質(zhì)量要求

1)注漿質(zhì)量要求。a.注漿孔施工技術(shù)要求。施工注漿孔時(shí)，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)間排距布置，間排距誤差控制在±100 mm以內(nèi)，孔深誤差控制在±100 mm范圍以內(nèi)，幫、頂部錨桿角度不小于75°，底腳錨注管與幫部成30°～45°角。b.漿液制作及注漿技術(shù)要求。漿液制作時(shí)，嚴(yán)格掌握注漿參數(shù)、漿液配比、水灰比和注漿終壓，滿足設(shè)計(jì)要求。c.壓水實(shí)驗(yàn)。每孔終孔測(cè)水后接通輸漿管路進(jìn)行壓水試驗(yàn)，壓力由小到大逐步升壓到終壓或注清水1 min。

2)注漿作業(yè)的質(zhì)量管理。a.組織成立技術(shù)工種專業(yè)隊(duì)伍。注漿設(shè)備由專人負(fù)責(zé)。負(fù)責(zé)觀察和控制注漿壓力及注漿泵的操作和日常維修工作。注漿孔內(nèi)注漿由專人負(fù)責(zé)，負(fù)責(zé)裝卸錨桿與注漿泵出漿管的連接，以觀察并處理滲漿和漏漿。其余工種配合注漿工作，確保其施工質(zhì)量。b.加強(qiáng)注漿作業(yè)的質(zhì)量管理。注漿作業(yè)中，其注漿量的大小，注漿質(zhì)量的好壞均具有隱蔽性強(qiáng)的特點(diǎn)。因此，質(zhì)量控制的日常管理工作尤為重要。要求專人負(fù)責(zé)對(duì)注漿孔號(hào)，注漿壓力，注漿量做好原始資料記錄和整理，以便于以后分析和評(píng)估注漿效果。

3)注漿效果檢查。工程結(jié)束后，采用打孔注漿進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，幫部、頂部、底板都進(jìn)行均勻布點(diǎn)，每30 m布置一組，孔深2 m，安裝1.6 m注漿管進(jìn)行壓力測(cè)試，壓力達(dá)到3 MPa時(shí)停機(jī)并關(guān)閉球閥，這時(shí)壓力不明顯降低，巷道四周不滲水為合格品。

4)出現(xiàn)跑漿時(shí)，主要采用下述方法進(jìn)行處理:a.提高漿液的濃度，進(jìn)行間歇注漿;b.采用雙液漿的處理方法;c.對(duì)跑漿處可視具體情況用棉紗打釬或者干水泥塞堵裂縫，如遇大面積跑漿時(shí)，對(duì)該處進(jìn)行挖補(bǔ)修復(fù)，待養(yǎng)護(hù)凝固，有一定強(qiáng)度后，在附近打眼注漿。

3 技術(shù)效果分析

主要是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)，其中包括:巷道支護(hù)收斂變形，底臌，圍巖深部位移，錨桿拉拔試驗(yàn)，錨桿軸向力測(cè)定，噴層厚度，噴層受力量測(cè)。利用測(cè)桿、測(cè)槍等進(jìn)行兩幫移近量、頂板下沉及底臌的量測(cè)。結(jié)果表明錨注支護(hù)技術(shù)的采用，有效地預(yù)防了由于巷道來壓導(dǎo)致的巷道破壞，有效地提高了支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體性和承載能力，有效地控制了深部高應(yīng)力極軟巖巷道的大變形，延長(zhǎng)巷道的服務(wù)年限，減少了二次修復(fù)次數(shù)，保證了巷道的穩(wěn)定和礦井的正常生產(chǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

1)錨注支護(hù)為改善巷道的維護(hù)狀況、進(jìn)一步降低支護(hù)成本、實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效提供了一種新的技術(shù)保障手段，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。2)錨注支護(hù)廣泛應(yīng)用于不同類型的不穩(wěn)定和極不穩(wěn)定巷道支護(hù)，通過錨桿加注漿增強(qiáng)圍巖自身的支撐能力，達(dá)到控制圍巖變形來保持不穩(wěn)定頂板的穩(wěn)定。實(shí)踐證明采用合理的錨注支護(hù)參數(shù)后，巷道維護(hù)效果良好。

錨注支護(hù)技術(shù)的研究應(yīng)用與采用型鋼支架支護(hù)相比，創(chuàng)造了較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。在大埋深高應(yīng)力條件下的巷道錨注支護(hù)技術(shù)的研究應(yīng)用，拓寬了錨桿支護(hù)的應(yīng)用范圍，圍繞煤礦生產(chǎn)主戰(zhàn)場(chǎng)，降低消耗，提高企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益，為企業(yè)的迅速發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

[1]程 磊，許 巖.動(dòng)壓巷道圍巖治理與穩(wěn)定性評(píng)價(jià)[J］.山西建筑，2009，35(7):100-101.